شناسایی اتم‌های منفرد روی سطوح

یک گروه تحقیقاتی از محققان ژاپنی، اسپانیایی و جمهوری چک برای اولین بار با استفاده از ‏میکروسکوپ نیروی اتمی ‏AFM‏ روشی برای شناسایی اتم‌های منفرد سطحی ابداع کردند. ‏آنها از حالت دینامیکی ‏AFM‏ که میکروسکوپ نیروی دینامیکی ‏DFM‏ نیز نامیده می‌شود و در ‏آن نوک ‏AFM‏ با دامنه و فرکانس معلومی نوسان می‌کند، استفاده کردند.

گروه تحقیقاتی از محققان ژاپنی، اسپانیایی و جمهوری چک برای اولین بار با استفاده
از ‏میکروسکوپ نیروی اتمی ‏AFM‏ روشی برای شناسایی اتم‌های منفرد سطحی ابداع کردند.
‏آنها از حالت دینامیکی ‏AFM‏ که میکروسکوپ نیروی دینامیکی ‏DFM‏ نیز نامیده می‌شود
و در ‏آن نوک ‏AFM‏ با دامنه و فرکانس معلومی نوسان می‌کند، استفاده کردند.
 


DFM‏ اجازه آشکارسازی و اندازه‌گیری نیروی برهم‌کنش شیمیایی کوتاه برد بین
دو اتم را به ما ‏می‌دهد. اگر نوک نوسان‌کننده ‏AFM‏ به اندازه کافی (کمتر
از پنج انگستروم) به سطح نزدیک شود آنگاه یک ‏پیوند شیمیایی بین بیرونی‌ترین
اتم‌های نوک ‌‏AFM‏ و اتم‌های منفرد سطحی ایجاد می‌شود.

این‎ ‎نیروهای شیمیایی کوتاه برد، که برای اتم‌های سطحی مختلف از یک سطح
نامتجانس با استفاده از ‏DFM‏ اندازه‌گیری می‌شوند، حاوی اطلاعات مهمی در
مورد طبیعت شیمیایی اتم‌های سطحی هستند. با این ‏حال به دست آوردن این
اطلاعات خیلی هم ساده نیست و همین امر باعث بروز مشکلی برای شناسایی ‏شیمیایی
اتم‌ها و مولکول‌های منفرد سطحی شده‌است. ‏

علت اصلی آن این است که نیروهای کوتاه برد با توجه به نوع نوکی که برای
روبش سطح استفاده ‏می‌شود، تغییرات زیادی از خود نشان می‌دهند. با این حال
نسبت کمترین مقادیر نیروهای کوتاه برد که برای ‏دو نمونه اتمی سطحی مختلف و
با یک پروب اندازه‌گیری می‌شوند، ثابت می‌ماند و هیچ ارتباطی به انتهای ‏نوک
‏AFM‏ نخواهد داشت. این محققان نشان داده‌اند که این نسبتِ برهم‌کنشِ نسبی،
به قدرت‌های نسبی ‏اتم‌های سطحی برای تشکیل پیوند شیمیایی با بیرونی‌ترین
اتم‌های نوک ‌‏AFM‏ مربوط می‌شود. از نسبت ‏برهم‌کنش‌های نسبی می‌توان به
عنوان اثر انگشت برای شناسایی شیمیایی اتم‌های سطحی استفاده کرد.

روش شناسایی، شامل اندازه‌گیری نیروی برهم‌کنش شیمیایی کوتاه برد برای هر
اتم سطحی و پس از ‏آن مقایسه نسبت کمترین مقدار نیروی بین جفت‌هایی از
نمونه‌های اتمی با نسبت برهم‌کنش نسبی اتم‌هایی ‏است که انتظار می‌رود در
سطح باشند و قبلاً جدول‌بندی شده‌اند.

این روش جدید امکان ادغام روش‌های شناسایی را با توانایی‌های ‏DFM‏ نشان می‌دهد
و می‌تواند در ‏دستکاری اتم‌های سطحی برای ساخت اتم‌به‌اتم‌ نانوساختارها و
نانوابزارها با خواص مشخص و کارکرد معین ‏به ما کمک کند. ‏
این محققان نتایج کار خود را در مجله ‏Nature‏ منتشر کرده‌اند. ‏