Методы исследования наноматериалов и наноструктур

Атомная структура наноструктур исследуется с использованием просвечивающего электронного микроскопа в режиме микродифракции.

Для предотвращения радиационного повреждения пленок электронным пучком дифракционная картина регистрируется при низкой интенсивности пучка с использованием высокочувствительной видеокамеры с зарядовой связью.

Электронная структура пленок исследуется методами фотоэлектронной спектроскопии, оже-электронной спектроскопии и спектроскопии характеристических потерь энергии электронов.

Электронная микроскопия. На рис. 2 представлены типичные картины электронной дифракции от пленок углерода, осажденных на поверхность NaCl.

Оже-электронная спектроскопия является одним из методов исследования электронной структуры валентной зоны и химического состава материалов. Наиболее важная информация о типе химической связи между атомами углерода содержится в положении и форме CKVV-линии Оже-спектра углерода.

Для сравнения там же в нижней части рисунка представлены рассчитанные положения уровней энергий электронов для линейных цепочек углерода С„, п = 2,3,... ,8.

Электронная структура графита существенно отличается от структуры одномерного углерода. Данные электронной спектроскопии подтверждают линейно-цепочечную структуру полученных пленок углерода.

Атомно-силовая микроскопия. Ориентированные пленки sp¹-углерода толщиной 4 нм изучались в атомно-силовом микроскопе (АСМ). На рис. 8,а показана картина, полученная в АСМ в режиме измерения высоты. Хорошо видна гексагональная решетка, сформированная атомами углерода на концах цепочек. Параметр гексагональной решетки a - 0,486 нм.

Туннельная микроскопия. Свободная пленка sp¹-углерода толщиной 27 нм помещалась на пленку золота. Толщина пленки определялась в атомно-силовом микроскопе по высоте ступеньки на краю пленки. На рис. 8,6 показано изображение поверхности sp¹-углеродной пленки, полученное в сканирующем туннельном микроскопе (СТМ). Для сравнения справа показано СТМ-изображение пленки золота. В соответствии с АСМ-данными поверхность этой пленки исключительно гладкая. В противоположность данным АСМ, изображение, полученное в СТМ, выявляет структуру, относящуюся к подложке, состоящей из островков золота.