Punte per imaging ad alta risoluzione
Poco dopo l’intervento della STM, è stato scoperto che solo punte appuntite possono fornire immagini stabili e affidabili delle ricostruzioni atomiche su superfici metalliche. La massima risoluzione si può raggiungere con punte che raccolgono la maggior parte della corrente a effetto tunnel mediante gli orbitali degli elettroni di un singolo atomo all’apice. Le punte STM sono normalmente fatte con fili di tungsteno policristallino a basso costo usando incisione elettrochimica. La risoluzione picoscala si può raggiungere anche usando punte fatte di atomi di elementi leggeri. La maggior parte dei trattamenti delle punte però non produce apici stabili con una struttura atomica ed elettronica ben definita. La fabbricazione controllata di punte adatte agli esperimenti di STM era una delle tante questioni affrontate dagli scienziati finanziati dall’UE. L’obiettivo finale del progetto ORBITAL IMAGING (Electron orbital resolution in scanning tunneling microscopy) era migliorare la rappresentazione di superfici metalliche con strutture complesse. Il team di ORBITAL IMAGING ha preparato sonde di tungsteno nella direzione [001] affilate in un vuoto ultra alto usando riscaldamento per fascio elettronico e disgregazione ionica. Sia la microscopia a scansione che quella a trasmissione di elettrone hanno confermato una fabbricazione riproducibile delle punte a singolo atomo con piramidi in nanoscala zigrinate sull’apice. In seguito i ricercatori hanno dimostrato i vantaggi di queste punte di tungsteno a singolo cristallino per l’imaging con STM di grafite pirolitica, carburo di silicio e superfici di grafene. È stata trovata una relazione diretta tra la struttura della punta e la risoluzione in picoscala ottenuta in questi esperimenti. Le punte di tungsteno a singolo cristallino sono state usate anche per imaging STM ad alta risoluzione di superfici in silicio a gradini. Con un preciso trattamento termico, le superfici selezionate si ricostruiscono in schiere precise dal punto di vista atomico di terrazze e tripli gradini di silicio di altezza uguale. Questa inusuale ricostruzione di superficie è diventata oggetto di una ricerca approfondita nell’ambito di ORBITAL IMAGING. Usando dati STM ad alta risoluzione ottenuti con punte di tungsteno di alta stabilità, i ricercatori hanno scoperto che la periodicità su superfici di silicio scanalate può essere mantenuta e hanno presentato un modello della loro struttura atomica. I risultati di ORBITAL IMAGING hanno rivelato la risoluzione in picoscala ottenuta in esperimenti con STM con sonde di tungsteno paragonabili alla più alta risoluzione ottenuta fino a questo momento nella microscopia a scansione di sonda. Inoltre gli studi sperimentali hanno confermato l’idoneità del grafene cresciuto su strati di carburo di silicio per la nano elettronica.
Parole chiave
Microscopia a scansione a effetto tunnel, elettroni orbitali, tungsteno, ORBITAL IMAGING, superfici metalliche, carburo di silicio, nanoelettronica
