اسکیننگ ٹنلنگ الیکٹران مائکروسکوپی کا اصول
اسکیننگ ٹنلنگ مائیکروسکوپ (STM) ایک ایسا آلہ ہے جو کوانٹم تھیوری میں مواد کی سطح کی ساخت کا پتہ لگانے کے لیے ٹنلنگ اثر کا استعمال کرتا ہے۔ یہ مواد کی سطح پر ایٹموں کی ترتیب کو تصویری معلومات میں تبدیل کرنے کے لیے ایٹموں کے درمیان الیکٹرانوں کے کوانٹم ٹنلنگ اثر کا استعمال کرتا ہے۔ کی
تعارف
ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپ مادہ کی مجموعی ساخت کا مشاہدہ کرنے میں بہت مفید ہے، لیکن سطح کی ساخت کے تجزیہ میں یہ زیادہ مشکل ہے، کیونکہ ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپ نمونے کے ذریعے اعلی توانائی والی بجلی کے ذریعے معلومات حاصل کرتی ہے، جو نمونے کے مادے کی عکاسی کرتی ہے۔ . اندرونی معلومات. اگرچہ اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی (SEM) سطح کے بعض حالات کو ظاہر کر سکتی ہے، چونکہ واقعہ الیکٹران میں ہمیشہ ایک خاص توانائی ہوتی ہے اور وہ نمونے میں گھس جاتے ہیں، نام نہاد "سطح" کا تجزیہ ہمیشہ ایک خاص گہرائی میں ہوتا ہے، اور تقسیم کی شرح بھی ہوتی ہے۔ بہت متاثر. حد اگرچہ فیلڈ ایمیشن الیکٹران مائیکروسکوپ (ایف ای ایم) اور فیلڈ آئن مائیکروسکوپ (ایف آئی ایم) کو سطحی تحقیق کے لیے اچھی طرح استعمال کیا جا سکتا ہے، لیکن نمونے کو خاص طور پر تیار کیا جانا چاہیے اور اسے صرف ایک بہت ہی پتلی سوئی کی نوک پر رکھا جا سکتا ہے، اور نمونہ کو برداشت کرنے کے قابل بھی ہونا چاہیے۔ اعلی شدت والے برقی فیلڈز، تاکہ یہ اس کے اطلاق کے دائرہ کار کو محدود کرے۔
اسکیننگ ٹنلنگ الیکٹران مائیکروسکوپ (STM) بالکل مختلف اصول پر کام کرتی ہے، یہ الیکٹران بیم (جیسے ٹرانسمیشن اور اسکیننگ الیکٹران مائیکروسکوپ) کے ساتھ نمونے پر عمل کرکے نمونے کے مادے کے بارے میں معلومات حاصل نہیں کرتی ہے، اور نہ ہی یہ اعلی درجے کی مائکروسکوپ کا استعمال کرتی ہے۔ نمونے میں الیکٹرانوں کو باہر آنے سے زیادہ حاصل کرنے کے لیے الیکٹرک فیلڈ کام کی توانائی سے بننے والی ایمیشن کرنٹ امیجنگ (جیسے فیلڈ ایمیشن الیکٹران مائکروسکوپ) کو نمونے کے مواد کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ نمونے کی سطح پر ٹنل کرنٹ کا پتہ لگا کر اس کی تصویر کشی کی جاتی ہے، تاکہ نمونے کی سطح کا مطالعہ کیا جا سکے۔
اصول
کوانٹم میکانکس میں ٹنلنگ اثر کے اصول کے مطابق ٹھوس سطح پر ایٹموں میں الیکٹرانوں کے ٹنلنگ کرنٹ کا پتہ لگا کر ٹھوس کی سطح کی شکل کو الگ کرنے کے لیے اسکیننگ ٹنلنگ مائکروسکوپ ایک نئی قسم کا خوردبینی آلہ ہے۔
الیکٹرانوں کے ٹنلنگ اثر کی وجہ سے، دھات میں الیکٹران مکمل طور پر سطح کی حد کے اندر محدود نہیں ہوتے، یعنی، الیکٹران کی کثافت اچانک سطح کی حد پر صفر تک نہیں گرتی، بلکہ سطح سے باہر تیزی سے زوال پذیر ہوتی ہے۔ کشی کی لمبائی تقریباً 1nm ہے، جو الیکٹرانوں کے فرار ہونے میں سطح کی رکاوٹ کا ایک پیمانہ ہے۔ اگر دو دھاتیں ایک دوسرے کے بہت قریب ہیں، تو ان کے الیکٹران کے بادل اوورلیپ ہو سکتے ہیں۔ اگر دو دھاتوں کے درمیان ایک چھوٹا سا وولٹیج لگایا جاتا ہے، تو ان کے درمیان ایک برقی کرنٹ (جسے ٹنلنگ کرنٹ کہتے ہیں) دیکھا جا سکتا ہے۔
کام کرنے کا طریقہ
اگرچہ اسکیننگ ٹنلنگ الیکٹران خوردبین کی ترتیب مختلف ہیں، لیکن ان سب میں مندرجہ ذیل تین اہم حصے شامل ہیں: ایک مکینیکل سسٹم (آئینے کا باڈی) جو جانچ کو چلاتا ہے تاکہ کنڈکٹیو نمونے کی سطح کی نسبت تین جہتی حرکت کرے، اور اس کا استعمال تحقیقات کو کنٹرول اور مانیٹر کریں۔ نمونے سے فاصلے کے لیے الیکٹرانک نظام اور ناپے گئے ڈیٹا کو تصویروں میں تبدیل کرنے کے لیے ڈسپلے کا نظام۔ اس کے کام کرنے کے دو طریقے ہیں: مستقل کرنٹ موڈ اور مستقل ہائی موڈ۔
مستقل کرنٹ موڈ
ٹنلنگ کرنٹ کو الیکٹرانک فیڈ بیک سرکٹ کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے اور اسے مستقل رکھا جاتا ہے۔ پھر کمپیوٹر سسٹم نمونے کی سطح پر اسکین کرنے کے لیے سوئی کی نوک کو کنٹرول کرتا ہے، یعنی سوئی کی نوک کو x اور y سمتوں کے ساتھ دو جہتی حرکت دینا۔ چونکہ ٹنل کرنٹ کو مستقل رہنے کے لیے کنٹرول کرنے کی ضرورت ہے، اس لیے سوئی کی نوک اور نمونے کی سطح کے درمیان مقامی اونچائی بھی مستقل رہے گی، اس لیے سوئی کی نوک نمونے کی سطح کے اتار چڑھاؤ کے ساتھ وہی اتار چڑھاؤ انجام دے گی، اور اونچائی کی معلومات اسی کے مطابق ظاہر کی جائے گی۔ باہر او. کہنے کا مطلب یہ ہے کہ اسکیننگ ٹنلنگ الیکٹران مائکروسکوپ نمونے کی سطح کی سہ جہتی معلومات حاصل کرتی ہے۔ یہ کام کرنے کا طریقہ جامع تصویری معلومات، اعلیٰ معیار کی خوردبین تصاویر حاصل کرتا ہے اور وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔
مسلسل اونچائی موڈ
نمونے کی اسکیننگ کے عمل کے دوران سوئی کی نوک کی مطلق اونچائی کو مستقل رکھیں؛ پھر سوئی کی نوک اور نمونے کی سطح کے درمیان مقامی فاصلہ بدل جائے گا، اور سرنگ کے کرنٹ I کا سائز بھی اسی کے مطابق بدل جائے گا۔ ٹنل کرنٹ I کی تبدیلی کو کمپیوٹر کے ذریعے ریکارڈ کیا جاتا ہے اور اس میں تبدیل ہونے پر امیج سگنل ظاہر ہوتا ہے، یعنی ایک سکیننگ ٹنلنگ الیکٹران مائیکروسکوپ مائیکرو گراف حاصل کیا جاتا ہے۔ کام کرنے کا یہ طریقہ صرف نسبتاً فلیٹ سطحوں اور واحد اجزاء والے نمونوں کے لیے موزوں ہے۔
