Ultra Yüksek Vakum Taramalı Tünelleme Mikroskop Sistemi Kurulumu Ve Grafitik Yüzeylere Uygulamalar

Abstract

IBM araştırmacıları ve Taramalı Tünelleme Mikroskobunun mucitleri Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer 1986 yılında, tasarladıkları bu düzenekten dolayı Nobel Fizik ödülüne layık görülmüşlerdi. Yaptıkları çalışma ve araştırmalar, bugünkü yüzey bilimi çalışmaları ve nanoteknoloji alanının vazgeçilmez araçlarından biri haline gelmiştir. Bununla birlikte, çalışmaları, günümüzde yine atomik boyutta yapılan araştırmalarda oldukça önem arz eden Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ve türevlerinin geliştirilmesine de önayak olmuştur. Bu çalışmada, “Ultra Yüksek Vakum” ortamı için tasarlanmış, mekanik yaklaştırma kontrollü “Tarama Tünelleme Mikroskobu” incelenecektir. Ele alınan mikroskop, yurt dışından (Hollanda Twente Üniversitesi) hibe olarak ülkemize gelmiştir. Uzun yıllar atıl kalmış ve pek çok kez yer değiştirmiş olduğundan dolayı, mekanik aksamının ayarları bozulmuş, elektronik aksamı ise beraberinde getirilmemiştir. Yüksek vakum ortamına uyumlu olduğundan dolayı oldukça kıymetli olan bu donanımın çalışır hale getirilmesi, ayarlarının yapılması, aldığı ölçümlerin tutarlılığının değerlendirilmesi, bu çalışmanın odak noktasını oluşturmaktadır. Bu çalışma dâhilinde mikroskop için elektronik aksam ve uygun yazılım temin edilmiş, mekanik aksamı elden geçirilip ayarları yeniden yapılmış, eksik parçaları tamamlanmıştır. Düzeneğin sağlıklı çalışması ve dış mekanik gürültülerden etkilenmemesi için, kendi titreşim sönümlendirici düzeneğinin yanı sıra, bir optik masa kurulmuştur. Mikroskop için ayrıca bir “Ultra Yüksek Vakum” odası oluşturulacaktır ve oda koşullarında alınan ölçümlerin yanında, bu ortamda da ölçümler alınması ileriye yönelik çalışmalar içindedir. Bu çalışmadaki tüm ölçümler, bağ uzunlukları literatürde tam olarak bilinen, ve çok düzgün yüzeylere sahip olan “Yüksek Düzenlilikte Pirolitik Grafit” (Highly Orineted Pyrolitic Graphite (HOPG)) yüzeyi üzerinde alınmıştır.

In 1986, IBM researchers and inventors of the Scanning Tunneling Microscope (STM), Gerd Binnig and Heinrich Rohrer, were chosen Nobel laureates in physics field. Today, their invention, has become an indispensable instrument for surface science and nanotechnology researchers. Nevertheless, their invention also led the same researchers to come with new microscopy ideas like “Atomic Force Microscopy” and many others with other derivatives, which are also indispensable instruments for today’s surface science researchers. In this work, a Scanning Tunneling Microscope with manual approach mechanism, designed for “Ultra High Vacuum” environment has been taken as subject. The STM relevant to this work, had been brought into our country as a donation from University of Twente, Netherlands. Unfortunately, it has not been used for years, changed many times its location, and also did not have any of required electronics. In this context, the primary focus of this work has been chosen to get this quite valuable Ultra High Vacuum compatible equipment in a working state, and also, obtain successful measurements with it. To achieve our goals, new electronics and suitable software were adapted, also mechanical parts were repaired and realigned. An Ultra High Vacuum chamber has also been built and whole system has been placed on a vibration-damping table to improve system stability against mechanical vibrations. All measurements were taken in room conditions and also as a future work, they shall be taken in Ultra High Vacuum conditions. To verify the accuracy of the results in atomic scale, Highly Ordered Pyrolitic Graphite (HOPG) crystals with smooth surfaces and well known lattice parameters were taken as calibration samples.