Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Сканирующая туннельная микроскопия для нанопокрытия «серебро/слюда»: морфология рельефа и электрические характеристики

А.С. Антонов, О.В. Михайлова (Зонова), Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов, Д.В. Иванов

ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2015.7.031

Оригинальная статья

Аннотация: В результате проведенного исследования показано, что напыление тонких металлических пленок  на диэлектрической подложке позволяет приготовить образцы, удовлетворяющие требованиям при работе со сканирующим зондовым микроскопом в режиме сканирующего туннельного микроскопа. При этом сохраняется информация об особенностях морфологии отдельных объектов поверхности размером менее 100 нм. На примере образца «серебро/слюда» нами определены линейные размеры отдельных объектов поверхности (впадин и пиков), том числе определены факторы, влияющие наформирование рельефа образца. Отдельные участки профиля и поверхности исследованы на наличие фрактальных структур. Установлено, что система кластеров на поверхности исследуемого нами образца является фрактальной. Кроме того, для каждого кластера в отдельности зависимость натурального логарифма частиц от натурального логарифма размера кластера близка к линейной, что позволяет в целом считать структуру отдельных кластеров профиля и поверхности фрактальной. Исследование вольт-амперной характеристики контакта металл-металл для образца серебра с острием из вольфрама показывает, что экспериментальные результаты свидетельствуют о необходимости тщательного учета параметров, влияющих на туннельный ток, для извлечения информации об электронной структуре образца.

Ключевые слова: сканирующая туннельная микроскопия, серебро, слюда, фрактальная размерность, профиль, поверхность, вольт-амперная характеристика, термическое расширение острия

  • Антонов Александр Сергеевич – аспирант кафедры общей физики физико-технического факультета , ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Михайлова (Зонова) Ольга Владимировна – н.с. кафедры общей физики физико-технического факультета, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики, заместитель главного редактора сборника, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Соколов Денис Николаевич – инженер кафедры общейНово физики физико-технического факультета, технический редактор сборника, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Иванов Дмитрий Викторович – студент специализации кафедры общей физики физико-технического факультета, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Антонов, А.С. Сканирующая туннельная микроскопия для нанопокрытия «серебро/слюда»: морфология рельефа и электрические характеристики / А.С. Антонов, О.В. Михайлова (Зонова), Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов, Д.В. Иванов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2015. — Вып. 7. — С. 31-46. DOI: 10.26456/pcascnn/2015.7.031.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/nanomaterials/silver-nanoparticles.html
2. Смирнов, Б.М. Фрактальные кластеры / Б.М. Смирнов // Успехи физических наук. – 1986. – Т. 149. – № 2. – С. 177-219.
3. Шалаев, В.М. Оптические свойства фрактальных кластеров (восприимчивость, гигантское комбинационное рассеяние на примесях) / В.М. Шалаев, М.И. Штокман // Журнал экспериментальной и теоретической физики. – 1987. – Т. 92. – № 2. – С. 509-522.
4. Markel, V.A. Theory and numerical simulation of optical properties of fractal clusters / V.A. Markel, L.S. Myratov, M.I. Stockman, T.F. George // Physical Review B. – 1991. – V. 43. – I. 10. – P. 8183-8195.
5. Shalaev, V.M. Electromagnetic properties of small-particle composites / V.M. Shalaev // Physical Reports. – 1996. – V. 272. – I. 2-3. – P. 61-137.
6. Ролдугин, В.И. Фрактальные структуры в дисперсных системах / В.И. Ролдугин // Успехи химии. – 2003. – Т. 72. – № 10. – С. 931-959.
7. Ролдугин, В.И. Свойства фрактальных дисперсных систем / В.И. Ролдугин // Успехи химии. – 2003. – Т. 72. – № 11. – С. 1027-1054.
8. Емец, Е.П. In situ-определение фрактальной размерности аэрозольных частиц / Е.П. Емец, Ф.Э. Новосёлова, П.П. Полуэктов // Успехи физических наук. – 1994. – Т.164. – №9. – С. 959-966.
9. Чиганова, Г.А. Получение дисперсных систем с фрактальными агрегатами наночастиц серебра / Г.А. Чиганова // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 2. – 2008. – Т. 1. – С. 155-161.
10. Annele Virtanen. Method for measuring effective density and fractal dimension of aerosol agglomerates / Annele Virtanen, Jyrki Ristim¨aki, and Jorma Keskinen // Aerosol Science and Technology. – 2004. – № 38. – P. 437-446.
11. Drachev, V.P. Large local optical activity in fractal aggregates of nanoparticles / V.P. Drachev, W.D. Bragg, V.A. Podolskiy et al. // Journal of the Optical Society of America B. – 2001. – V. 18. – № 12. – P. 1896-1903
12. Praveenkumar, K. Chitosan capped silver nanoparticles used as pressure sensors / K. Praveenkumar, M. K. Rabinalb, M. N. Kalasadb, T. Sankarappaa, Mahesh D. Bedrec // IOSR Journal of Applied Physics (IOSR-JAP). – 2004. – V. 5. – I. 5. – P. 43-51.
13. Simons, J.G. Electric tunnel effect between dissimilar electrodes separated by a thin insulating film / J.G. Simons // Journal of Applied Physics. – 1963. – V. 34. – № 9. – P. 2581-2590.
14. Tersoff, J. Theory and application for scanning tunneling microscope / J. Tersoff, D.R. Hamann // Physical Review Letters. – 1983. – V. 50. – P. 1998-2001.
15. Tersoff, J. Theory of the scanning tunneling microscope / J. Tersoff, D.R. Hamann // Physical Review B. – 1985. – V. 31. – № 2. – P. 805-813.
16. Tersoff, J. Method for the calculation of scanning tunneling microscope images and spectra / J. Tersoff // Physical Review B. –1989. – V. 40. – № 17. – P. 11990-11993.
17. Пикус, Г.Е. Основы теории полупроводниковых приборов / Г.Е. Пикус. – М.: Наука, 1965. – 448 с.
18. Зыков, Т.Ю. Исследование морфологии рельефа поверхности золота на слюде методом сканирующей туннельной микроскопии / Т.Ю. Зыков, Н.Ю. Сдобняков, В.М. Самсонов, А.Н. Базулев, А.С. Антонов // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2009. – Т. 11. – № 4. – С. 309-313.
19. Сдобняков, Н.Ю. Определение фрактальной размерности островковых плёнок золота на слюде / Н.Ю. Сдобняков, Т.Ю. Зыков, А.Н. Базулев, А.С. Антонов // Вестник ТвГУ. Серия «Физика». – 2009. – № 41. – Вып. 6. – С. 112-119.
20. Зыков, Т.Ю. Исследование морфологии рельефа поверхности золота на слюде методом сканирующей туннельной микроскопии / Т.Ю. Зыков, Н.Ю. Сдобняков, А.Н. Базулев, А.С. Антонов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В.М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. – Тверь: Твер. гос. ун-т, 2009. – Вып. 1. – С. 34-41.
21. Сдобняков, Н.Ю. Получение 3-d изображений нанопокрытия золота на слюде / Н.Ю. Сдобняков, А.С. Антонов, Т.Ю. Зыков, А.Н. Базулев, Д.Н. Соколов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В.М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. – Тверь: Твер. гос. ун-т, 2010. – Вып. 2. – С. 126-128.
22. Сдобняков, Н.Ю. Измерение вольт–амперных характеристик туннельного контакта вольфрам–золото / Н.Ю. Сдобняков, А.С. Антонов, Т.Ю. Зыков, Д.Н. Соколов, Е.А. Воронова, О.В. Михайлова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В.М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. − Тверь: Твер. гос. ун-т, 2011. − Вып. 3. − с. 206−216.
23. Сдобняков, Н.Ю. Измерение вольт-амперных характеристик туннельного контакта вольфрам-золото / Н.Ю. Сдобняков, А.С. Антонов, Д.Н. Соколов, Е.А. Воронова, О.В. Михайлова // Нанотехника. – 2012. – №2 (30). – С. 16-19.
24. Патент 2253704 Российская Федерация, МПК7 C25D 3/04. Способ получения гальванических фрактальных покрытий хрома / Л.А. Битюцкая, Ю.В. Соколов; заявитель и патентообладаватель ВГУ. – № 2003129754/02; заявл. 06.10.2003; опубл.
10.06.2005, Бюл. № 16. – 2 с.
25. Белко, А.В. Фрактальная структура кластеров золота, образованных при осаждении в вакууме на диэлектрические подложки / А.В. Белко, А.В. Никитин, Н.Д. Стрекаль, А.Е. Герман // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2009. – № 5. – С. 11-15.
26. Торхов, Н.А. Определение фрактальной размерности поверхности эпитаксиального n –GaAs в локальном пределе / Н.А. Торхов, В.Г. Божков, И.В. Ивонин, В.А. Новиков // Физика и техника полупроводников. – 2009. – Т. 43. – Вып. 1. – С. 38-47.
27. Федер, Е. Фракталы / Е. Федер. – М.: Мир, 1991. – 254 с.
28. Shin, W.G. Structural properties of silver nanoparticle agglomerates based on transmission electron microscopy: relationship to particle mobility analysis / W.G. Shin, J. Wang, M. Mertler // Journal of Nanoparticles Research. – 2009. – V. 11. – № 1. – P. 163-173
29. Koulu, U.O. Fractal and projected structure properties of soot aggregates / U.O. Koulu, G.M. Faeth, T.L. Farias, M.G. Carvalho // Combustion and Flame. – 1995. – V. 100. – I. 4. – P. 621-633
30. Lall, A.A. On-line measurement of ultra-fine aggregate surface area and volume distributions by electrical mobility analysis: I.
Theoretical analysis / A.A. Lall, S.K. Friedlander // Journal of Aerosol Science. – 2006. – V. 37. – I. 3. – P. 260-271
31. Ku, B.K. Generation and investigation of airborne silver nanoparticles with specific size and morphology by homogeneous nucleation, coagulation and sintering / B.K. Ku, A.D. Maynard // Journal of Aerosol Science. – 2006. – V. 37. – I. 4. – P. 452-470.
32. Антонов, А.С. О методике подготовки образцов для изучения фрактальной размерности и электрических свойств образцов с помощью сканирующего туннельного микроскопа / А.С. Антонов, О.В. Михайлова, Е.А. Воронова, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В.М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. –Тверь: Твер. гос. ун-т, 2014. – Вып. 6. – С. 15-21.
33. Кроновер, P.M. Фракталы и хаос в динамических системах / P.M. Кроновер. – М.: Постмаркет. 2000. – 350 с.
34. Мандельброт, Б. Фрактальная геометрия природы / Б. Мандельброт. – М.: Институт компьютерных исследований. 2002. – 656 с.
35. Сдобняков, Н.Ю. Изучение фрактальной размерности нанопокрытий золота и серебра на слюде / Н.Ю. Сдобняков, А.С. Антонов, О.В. Михайлова // 18-й Международный симпозиум «Упорядочение в минералах и сплавах», ОМА-18, Ростов н/Д – пос. Южный, 10-15 сентября 2015: труды конференции. – Выпуск 18. – Том 1. – Ростов н/Д: Фонд науки и образования, 2015. – С. 241-243.
36. Антонов, А.С. Исследование морфологии рельефа нанопокрытия серебра на слюде и измерение вольт-амперных характеристик / А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков, Е.А. Воронова, Н.В. Новожилов, О.В. Михайлова // XIX Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел и 3-я Школа молодых ученых «Современные методы электронной и зондовой микроскопии в исследованиях наноструктур и наноматериалов», Черноголовка, 1-5 июня 2015 года: тезисы докладов. – Черноголовка: ИПТМ РАН, 2015. – С. 120-121.
37. Соколов, Д.Н. О моделировании термических эффектов при взаимодействии зонда сканирующего туннельного микроскопа с образцом / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, П.С. Кутилин, О.В. Новожилов, О.В. Михайлова, А.С. Антонов // Нанотехника. – 2013. – № 2 (34). – С. 78-80.

Содержание |