חוקרים אשר מעוניינים לצפות בשינויים אשר קורים במבנים או דוגמאות אשר גודלם הינו כננומטר,לעתים קרובות נאלצים להסתפק בתמונות וסרטים דו-מימדיים. לאחרונה פותחה שיטה חדשה (ראו מקור [1]), אשר עשויה לאפשר למדוד בזמן אמת את מפת הגבהים מעל דוגמה ננומטרית. החוקרים, דיוויד ג'סון (David Jesson) וקבוצתו מאוניברסיטת מונאש (Monash University) שבאוסטרליה, הצליחו לייצר מעין מפה טופוגרפית של טיפות זעירות מתוך תמונות שנלקחו מסרט דו-מימדי. השיטה עשויה לאפשר למשל צפייה בתהליכי גידול טכנולוגיים של מוליכים למחצה. שיטות הקיימות כיום כגון מיקרוסקופיית כוח-אטומי (AFM) או מיקרוסקופיית סריקה-מנהור (STM) הינן מדויקות ביותר למדידה של גבהים, אולם הן שיטות איטיות מדי


התמונה לקוחה ברשות של D. E. Jesson.

לצפייה בתהליכים מהירים בזמן אמת, מכיוון שהן מבוססות על מדידה שיטתית של פני השטח על ידי דגימת נקודה אחת בכל פעם. שיטה הנקראת PEEM (Photoemission Electron Emission Microscopy), פותרת את בעיית המהירות על ידי הקרנת אור חזק על פני כל הדוגמה. אלקטרונים אשר נפלטים באמצעות האור מפני הדוגמה ממוקדים ליצירת תמונה או סרט וידאו של חלק גדול מן הדוגמה בעת אחת. שלא כמו שיטות אחרות, PEEM מאפשרת הדמאה של גדילת גביש, תנודות של טיפה, או שינויים באזורים מגנטיים (Magnetic Domains), אולם עד עתה ללא נתוני הגובה. השיטה מבוססת על אפקט אופטי בן כמאה שנים, הנקרא Lloyd's Mirror, בו הקרן הפוגעת והקרן המוחזרת יוצרות תבנית התאבכות. תבנית זו, הדומה למפה טופוגרפית, נוצרת מן ההתאבכות של קרן הפוגעת, למשל בטיפה של גאליום אותה רוצים לצלם, עם הקרן אשר חוזרת ממנה,

לפני שהאחרונה פוגעת בטיפה אחרת. עד היום הקבוצה הצליחה לצלם את מפות הגבהים ברזולוציה של כ-100 ננומטר באמצעות מנורת אור אולטה-סגול. בקרוב מקווים החוקרים להגדיל את הרזולוציה לכ-10 ננומטר על ידי שימוש בקרינת סינכרוטרון, מתקן גדול המשמש למחקר באמצעות קרני אור אנרגטיות. בתנאים אידיאליים, יהיה ניתן ליצור סרטים של תהליכים ננוסקופיים ברזולוציות זמן של כ-100 פיקו-שניה, מוגבלת רק על ידי מהירות האלקטרוניקה.

מקורות:

[1] D. E. Jesson, K. M. Pavlov, M. J. Morgan, and B. F. Usher Phys. Rev. Lett. 99, 016103.

הסבר על שיטת ה-PEEM
סרטים דו-מימדיים שנוצרו באמצעות PEEM

 

מאת: ערן גנוסר
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.