Аддитивная теория силового взаимодействия в атомно-силовой микроскопии и ее приложения в диагностике поверхностных микроструктур

• Автор: Благов, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 247 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. Обзор различных подходов к описанию процесса
сканирования в атомно-силовой микроскопии
2.1. Режимы сканирования, используемые в атомно-силовой микроскопии
2.2. Физические основы расчета атомных сил, действующих между острием и поверхностью
2.3. Различные подходы к моделированию сканирования в неконтактной моде
2.4. Моделирование сканирования в контактной моде
2.5. Учет атомной релаксации
2.6. Основные подходы к описанию атомного трения
3. Аддитивная теория атомных сил в атомно-силовой
микроскопии
3.1. Описание силового взаимодействия при сканировании над ступенчатой поверхностью
3.2. Общий подход к моделированию процесса сканирования вдоль поверхности постоянной силы в контактной моде
3.3. Эффект разрыва непрерывности поверхностей постоянной силы
3.4. Влияние подвижности атомов решетки на разрывы ' поверхностей постоянной силы
3.5. Моделирование кластерного острия, обеспечивающего

непрерывность процесса сканирования в контактной

3.6. Общий подход к описанию сканирования в контактной
моде на постоянной высоте
4. Атомно-силовая микроскопия поверхностной структуры
сверхпроводящих керамик
4.1. Технология получения висмутовой керамики с высокотемпературными сверхпроводящими
свойствами
4.2. Моделирование поверхностей постоянной силы при сканировании над поверхностью керамики
4.3. Диагностика конфигураций кристаллитов из сравнения экспериментальных данных с результатами расчета
5. Расчет характеристик процесса сканирования
в контактной моде над бездефектной
кристаллической поверхностью
5.1. Поверхности постоянной силы
5.2. Горизонтальные составляющие силы при сканировании вдоль поверхности постоянной силы
5.3. Вертикальная и горизонтальная составляющие силы при сканировании на постоянной высоте
5.4. Режим сканирования при фиксированной проекции силы
на произвольное направление
5.5. Моделирование эффективной потенциальной энергии взаимодействия острия и поверхности при различных режимах сканирования
5.6. Оценка коэффициента атомного трения

6. Исследование возможностей метода атомно-силовой микроскопии для диагностики поверхностных точечных дефектов
6.1. Моделирование процесса сканирования над вакансией
6.2. Сканирование над дивакансией
6.3. Поверхности постоянной силы и горизонтальные составляющие силы в случае межузельного атома
7. О возможности использования атомно-силового микроскопа для определения энергетических характеристик дефектов
7.1. Траектории движения атомов образца и острия при сканировании без модификации исследуемой
поверхности
7.2. Моделирование процесса сканирования с модификацией исследуемой поверхности
7.3. Различные типы модификации поверхности
при сканировании над вакансией
7.4. Оценка энергии активации поверхностной миграции вакансии по данным атомно-силовой микроскопии
Заключение
Литература

ние. Как правило, для разрешения горизонтальных деталей с характерным размером а необходимо, чтобы как радиус кривизны острия Л, так и расстояние с£ между образцом и острием были меньше а.
Особое внимание было уделено исследованию возможностей разрешения ступенчатого рельефа на поверхности образца [76]. Важность этого вопроса обусловлена тем, что именно с таким типом поверхности приходится иметь дело при сканировании в контактной моде над поверхностью поликристаллических образцов. Горизонтальное разрешение здесь определяется степенью сглаживания образа прямоугольной ступеньки при сканировании над ней острия АСМ, то есть согласно второму из сформулированных выше определений. Проведенные численные расчеты позволили графически представить зависимость горизонтального разрешения от с1 при различных Я.
Полученные в [76] результаты оказались в хорошем согласии с результатами моделирования процесса сканирования острия АСМ над ступенчатым рельефом, предпринятого численными методами в работе [101]. Объектом исследования в [101] были монокристаллические ступеньки, расположенные на (100) поверхности 1Уа(7/. В результате проведенных расчетов удалось получить теоретические поверхности постоянной силы для различных значений радиуса кривизны острия, демонстрирующие быстрое сглаживание изображения исследуемого рельефа по мере увеличения Я.
Работы [102]—[104] посвящены моделированию процесса сканирования острия АСМ над ступенчатой поверхностью, характерной для стыка кристаллитов висмутовой керамики, обладающей высокотемпературными сверхпроводящими свойствами. В данных работах получены удобные аналитические выражения, описывающие силу, действующую на параболическое острие со стороны поверхностной ступеньки, в зависимости от координат, задающих положение острия