Submolecular imaging with single particle atomic force sensors

Kichin, Georgy; Tautz, F. Stefan

doi:1866-1807

Submolecular imaging with single particle atomic force sensors = Submolekulare Abbildung mit atomaren Kraftsensoren aus einzelnen Molekülen oder Atomen

Kichin, Georgy (Author)

2014

VerantwortlichkeitsangabeGeorgy Kichin

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2014

Umfang140 S. : Ill., graph. Darst.

ReiheSchriften des Forschungszentrums Jülich : Reihe Schlüsseltechnologien ; 87

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Tautz, F. Stefan (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-06-02

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-51985
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/459442/files/5198.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Oberflächenphysik (Genormte SW) ; Rastersondenmikroskopie (Genormte SW) ; Rastertunnelmikroskopie (Genormte SW) ; Physik (frei) ; STM (frei) ; Surface Science (frei) ; atomic force sensors (frei) ; AFM (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530
pacs: 68.37.Ps * 68.37.Ef * 73.63.Rt

Kurzfassung
Der Einsatz von Rastersondenmethoden mit funktionalisierten Spitzen ist ein neuer Trend in der Oberflächenphysik. Eine Anwendung der komplexen Sonde aus einer Spitze mit einem einzelnen adsorbierten Molekül oder Atom erlaubt es, neue Details über die Oberflächeneigenschaften zu erhalten. Es wurde gezeigt, dass mit dem Rastertunnelwasserstoffmikroskopie (STHM) Ansatz eine Auflösung auf atomarer Skala erzielt werden und intermolekularen Wechselwirkungen sichtbar gemacht werden können. Auf Grund der hohen Komplexität ist dieses neue, sich rasch entwickelnde Gebiet noch nicht vollständig verstanden. In dieser Arbeit wurden systematische Untersuchungen von mit Xe, H2, D2, CO und CH4 besetzten Spitzen durchgeführt. Die Spitze mit einem einzelnen Atom oder Molekül stellt einen Einteilchen-Sensor dar, der gleichzeitig als atomarer Kraftsensor und Signalwandler fungiert und so die kurzreichweitigen Kräfte, die an der Spitze wirken, mit der Tunnelleitfähigkeit des Kontaktes koppelt. In einigen Fällen kann die Sensor-Signalwandlerfunktion der dekorierten STM-Spitzen für eine quantitative Kalibration genutzt werden. Die Unterschiede im Verhalten der untersuchten Sensoren zeigen, dass die Sensorfunktionalität durch die Wechselwirkung zwischen Sensorteilchen und STM-Spitze modifiziert werden kann. Auf der Grundlage von Kraftfeldberechnungen zeigt eine theoretische Analyse der einzelnen Sensorteilchen eine Wechselbeziehung zwischen der relativen Bewegung des Teilchens auf der Spitze und Kontraststruktur der Oberfl¨achenbilder.

Scanning probe methods with decorated tips is a new trend in surface study. An application of complex probe like a tip with an attached single molecule or single atom allows to get new details about the surface properties. It has been shown that the scanning tunnelling hydrogen microscopy (STHM) approach can reach atomic scale resolution and reveals intermolecular interactions. Because of the complexity, this new rapidly developing area is not yet fully understood. In this work systematic studies of tips decorated with Xe, H2, D2, CO, CH4 was carried out. The tip with a single atom or a single molecule creates a single particle sensor that simultaneously performs the function of an atomicscale force sensor and a signal transducer, which couples the short-range force acting on the tip to the tunnelling conductance of the junction. In some cases the sensor-transducer function of the decorated STM tips can be quantitatively calibrated. Differences in the performance of the studied sensors suggest that the sensor functionality can be modified by tuning the interaction between the sensor particle and the STM tip. Based on forcefield calculations, theoretical analysis of the single particle sensor shows an interrelation between the relative movement of the particle on the tip and contrast structure of the surface images.

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