양자 도트 현미경 스캔

퀀텀 도트 현미경

스캔 양자점 현미경(SQDM)은 표면에 나노 크기의 전위 분포를 이미지화하는 데 사용되는 스캐닝 프로브 현미경(SPM)이다.^[1][2][3][4] 이 방법은 스캔한 프로브의 정점에 부착된 양자점(QD)의 전위에 대한 영향을 통해 표면 전위 변화를 정량화한다. 예를 들어, SQDM은 개별 아다텀, 분자 또는 나노구조체에서 발생하는 표면 쌍극체의 정량화를 허용한다. 이것은 재구성이나 이완, 기계적 왜곡, 전하 전달 및 화학적 상호작용과 같은 표면 및 인터페이스 메커니즘에 대한 통찰력을 제공한다. 전기전위분포 측정은 관련 인터페이스에서 전기 쌍극단층을 특징짓는 유기 및 무기 반도체 소자의 특성화에도 관련이 있다. SQDM에서 탐침-표면 거리는 2nm에서^[1][3] 10nm까지이며^[2] 따라서 비 평면 표면 또는 3D 구조가 뚜렷한 생체 분자의 영상촬영이 가능하다. 관련 영상 기법은 켈빈 프로브 포스 현미경(KPFM)과 정전기 포스 현미경(EFM)이다.

작업원리

SQDM에서 QD에서의 전위와 표면 전위(관심 양) 사이의 관계는 전기학의 경계 값 문제로 설명된다. 경계 $S{\displaystyle \mathcal{}}$ ${\$은(는) 무한대로 연결된 것으로 가정하는 검체 및 프로브 표면에 의해 주어진다$$. 그 다음, 잠재적 $\phi {\displaystyle {\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\text{QD}}_{}}$= ${\displaystyle \phi \mathbf{}}$( r${\displaystyle }$) ${\displaystyle \Phi _{\text{$급속 단절}}=\Phi}는point-like 급속 단절의 r{\displaystyle{\mathbf{r}에서}}({\mathbf{r}}) 합으로 그린의 기능 형식을 사용하는 V{\displaystyle{{V\mathcal}부피와 표면 integrals,[5]에}}}}볼륨 S{\displaystyle{{S\mathcal}에 의해 둘려 싸여 주고 n′{\displ 표현될 수 있다.ays$tyle {\mathbf{n}'}$은(는) 표면 정상이다.

${\displaystyle \Phi _{\text{QD}}=\Phi ({\mathbf {r}})=\iiint \limits _{\mathcal {V}}G({\mathbf {r}},{\mathbf {r}}'){\frac {\rho ({\mathbf {r}}')}{e}}d^{3}{\mathbf {r}}'+{\frac {\epsilon _{0}}{e}}\oint \limits _{\mathcal {S}}{\bigg [}G({\mathbf {r}},{\mathbf {r}}'){\frac {\partial \Phi ({\mathbf {r}}')}{\partial {\mathbf {n}}'}}-\Phi ({\mathbf {r}}'){\frac {\partial G({\mathbf {r},{\mathbf{r}}}{\mathbf{n}}}}{\mathbf{n}}}}{\bigg ]{2}{\mathbf {r}'''''''을(를) 참조하십시오.}$

이 표현식에서 $\phi {\displaystyle {\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\text{QD}}_{}}$ ${\$$QD}}$은(는) $V{\displaystyle \mathcal{}}$ ${\$ 내부의$$ 전하 밀도 $\rho {\displaystyle }$ ${\displaystyle$ $\$$rho$$}$과(와) 그린의 함수에 의해$$ 가중된 $잠재적{\displaystyle \mathcal{}}$ $\phi {\displaystyle \mathrm{}}$ ${\${\$mathcal {S}$에 따라 달라진다$$.

${\displaystyle G({\mathbf {r}},{\mathbf {r}}')={\frac {e}{4\pi \epsilon _{0} {\mathbf {r}}-{\mathbf {r}}' }}+F({\mathbf {r}},{\mathbf {r}}')}$,

여기서 $F{\displaystyle }$ ${\displaystyle F}$는 라플라스 방정식을 만족한다$$.

$F{\displaystyle }$ ${\displaystyle F}$을(를) 지정하고$$ 그에 따라 경계 조건을 정의함으로써 이러한 $방정식$을 사용하여 ${\displaystyle {\text{d}}_{}}$QD {\$displaystyle \Phi_{\$text$}$ 사이의 관계를 $얻을$ 수 있다.$QD$$}}$과(와) ${\displaystyle 표면전위{\mathbf{}}^{}}$ ${\displaystyle potentials\mathcal{}{}_{}{}^{}}$ ${\displaystyle {\prime }^{}}$)${\displaystyle }$, r ${\displaystyle \prime }$ {$$S {\$displaystyle \Phi$\{\$text{r}}})({\mathbf {r}}'\in {\mathcal {S}).$ 디리클레 경계 조건이 특징인 상황인 전도성 탐침과 전도성 표면의 조합에 대해 자세히 설명하였다.^[4]

개념적으로 , ${\displaystyle {\text{QD}}_{}}$( ${\displaystyle r}$) ${\displaystyle \Phi _{\text{Q$.$D}}({\mathbf{r})$ 및$$ ${\displaystyle {\phi s}_{}{\mathbf{}}^{}}$ $){\displaystyle \Phi_{\text{r}}}}({\mathbf {r})$은 QD 전위를 판독하여 얻은 영상 평면의 데이터를 객체 표면의 데이터 - 표면 전위에 연결한다$$. 샘플 표면이 로컬 평탄도와 approx ${\displaystyle {\text{QD}}_{}}$( ${\displaystyle r}$) ${\displaystyle \Phi _{\text{Q$ 사이의 관계를 근사하게 추정하는 경우$D}}({\$$mathbf{r$$})$ 및$$ ${\displaystyle {\phi s}_{}{\mathbf{}}^{}}$′$){\displaystyle \Phi_{\text{r}}}}}$ 따라서$$ 번역적으로 불변적으로 영상 평면 정보에서 객체 표면 정보의 복구는 경계 값 문제에 의해 정의된 점 확산 함수를 가진 디콘볼루션이다. 전도성 경계의 특정 경우, 팁과 표면으로 표면 전위를 상호 선별하면 점 확산 함수의 지수 하강으로 이어진다.^[4][6] 이는 예를 들어 KPFM에 비해 큰 팁 표면 분리에서 SQDM의 측면 분해능이 유난히 높은 원인이 된다.^[3]

실천적 구현

영상 평면 정보를 얻기 위한 두 가지 방법, 즉 $QD{\displaystyle {\mathrm{}}_{}}$ 잠재력 potential ${\displaystyle {\text{QD}}_{}}$( ${\displaystyle r}$) ${\displaystyle \Phi _{\text{Q$.$프로브$가 표면에서 스캔될 때 D$$$}({\mathbf{r})}$ 보정 기법에서는 $\phi {\displaystyle {\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\text{QD}}_{}}$ ${\$$QD}}$은(는) 상수 값 $\phi {\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {\text{QD}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\$로 유지됨$$$QD}^{0}}$. 횡방향으로 변화하는 표면 전위가 \ ${\displaystyle {\text{QD}}_{}}$ ${\$$QD}}$은(는) 외부 바이어스 전압 ${\displaystyle V_{}}$ $b{\displaystyle {}_{}}$ ${\$을(를) 통해 글로벌 샘플 전위를 지속적으로 조정하여 적극적으로$$ 보상한다. $.$^[1][7] ${\displaystyle {\text{QD}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\$$QD}^{0}}$은(는) QD 충전 상태의 이산 전환과 일치하도록 선택되며$$, 그에 상응하는 프로브-샘플 힘의 변화를 비접촉 원자력 현미경^[8][9] 검사에서 사용하여 정확한 보정을 검증한다.

대안적인 방법으로는 QD 위치에 있는 전기장의 수직적 구성요소를 스타크 효과로 인해 발생하는 QD의^[2][10] 특정 광학적 전환의 에너지 이동을 측정하여 매핑한다. 이 방법은 SPM 설정 외에 추가적인 광학 설정이 필요하다.

객체 평면 이미지 ${\displaystyle {\phi s}_{}{\mathbf{}}^{}}$ $){\displaystyle \Phi _{\text{s}}{\mathbf{r}}}}}$은(는) 작업 함수, 표면 전위 또는 표면 쌍극 밀도의 변화로 해석할 수 있다$$. 이러한 수량의 등가성은 헬름홀츠 방정식에 의해 주어진다. 표면 쌍극체 밀도 해석에서, 개별 나노구조의 표면 쌍극체는 충분히 넓은 표면적에 걸쳐 통합함으로써 얻을 수 있다.

SQDM의 지형 정보

보정 기법에서 sample ${\displaystyle {\text{QD}}_{}}$ ${\$ $V_{\text{b}}$ 글로벌$$ 샘플 잠재 V ${\displaystyle b_{}}$ ${\$ $\Phi_{\text}}}$의 영향$QD}}$은(는) 해당 경계 값 문제로 정의되는 방식으로 샘플 표면의 모양에 따라 달라진다$$. 평면 외 표면에서 $\phi {\displaystyle {\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\text{QD}}_{}}$ ${\$따라서 $QD}}$은(는) 단일 충전 상태 전환만 추적되는 경우$$ 표면 전위 변화 또는 표면 지형 $t{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle d_{}}$ ${\$에 고유하게 할당될$$ 수 없다. 예를 들어, ${\displaystyle {QD}_{}}$를 돌출부 위에 배치할 경우 V $b{\displaystyle {}_{}}$ ${\$에 의한 게이트가 더 효율적으로 작동하기$$ 때문에 표면의 돌출부는 QD 잠재력에 영향을 미친다. 보상 기법에 두 가지 전환을 사용하는 경우 표면 지형 t ${\displaystyle d_{}}$ ${\$ 및$$ 잠재적 $\phi {\displaystyle {\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle s_{}}$ ${\$의 기여를 해제하고$$ 두 수량을 모호하게 얻을 수 있다. 보정 기법을 통해 얻은 지형 정보는 금속성의 효과적인 유전체 지형으로 샘플 표면 또는 나노 구조의 기하학적 지형과 유전체 특성에 의해 정의된다.

참조

외부 링크

• https://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-3/EN/Groups/LTSTM/Research/SQDM.html
• https://poggiolab.unibas.ch/research/Scanning%20Quantum%20Dot%20Microscopy/
• http://momalab.org/index.php/?action=message