Methods of Physics of Surfaces and Thin Films II - NEVF516

• Title: Metody fyziky povrchů a tenkých vrstev II
• Guaranteed by: Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2020
• Semester: winter
• E-Credits: 3
• Hours per week, examination: winter s.:2/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech, English
• Teaching methods: full-time
• Additional information: https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/rozvrh.html
• Guarantor: prof. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.; doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc.
• Teacher(s): prof. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.; doc. Mgr. Martin Setvín, Ph.D.
• Class: DS, fyzika povrchů a rozhraní
• Classification: Physics > Surface Physics and P. of Ion.M.

Annotation

English

Physical principles of near field scanning probe microscopy techniques. Scanning tunneling microscopy (STM), atomic force microscopy (AFM) and related techniques. Application, limits of resolution and imaging, comparison with other methods for surface analysis. Exclusively for postgraduate study.

Last update: G_F (12.10.2001)

Czech

Fyzikální principy rastrovacích mikroskopií v blízkém poli. Rastrovací tunelová mikroskopie (STM), mikroskopie atomárních sil (AFM) a příbuzné techniky. Použití, meze rozlišení a zobrazení, srovnání s jinými metodami analýzy povrchů.

Last update: T_KEVF (24.05.2007)

Course completion requirements

Podmínkou zakončení předmětu je úspěšné složení zkoušky.

Last update: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (14.06.2019)

Literature

English

Güntherodt H.-J. and Wiesendanger R., Scanning Tunneling Microscopy I (General Principles and Applications to Clean and Adsorbate Covered Surfaces), 2nd. ed., Springer Series in Surf. Sci. 20, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 1994

Wiesendanger R. and Güntherodt H.-J., Scanning Tunneling Microscopy II (Further Applications and Related Scanning Techniques), 2nd. ed., Springer Series in Surf. Sci. 28, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 1995

Wiesendanger R. and Güntherodt H.-J., Scanning Tunneling Microscopy III (Theory of STM and Related Scanning Probe Methods), Springer Series in Surf. Sci. 29,Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 1993

Bai Ch., Scanning Tunneling Microscopy and its Application, Springer Series in Surf.Sci. 32, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, N.Y., 1992

Stroscio J. A. and Kaiser W. J., Scanning Tuneling Microscopy, Methods of Experimental Physics 27, Academic Press, Boston, 1993

Last update: T_KEVF (23.05.2008)

Czech

Güntherodt H.-J. and Wiesendanger R., Scanning Tunneling Microscopy I (General Principles and Applications to Clean and Adsorbate Covered Surfaces), 2nd. ed., Springer Series in Surf. Sci. 20, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 1994

Wiesendanger R. and Güntherodt H.-J., Scanning Tunneling Microscopy II (Further Applications and Related Scanning Techniques), 2nd. ed., Springer Series in Surf. Sci. 28, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 1995

Wiesendanger R. and Güntherodt H.-J., Scanning Tunneling Microscopy III (Theory of STM and Related Scanning Probe Methods), Springer Series in Surf. Sci. 29,Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 1993

Bai Ch., Scanning Tunneling Microscopy and its Application, Springer Series in Surf.Sci. 32, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, N.Y., 1992

Stroscio J. A. and Kaiser W. J., Scanning Tuneling Microscopy, Methods of Experimental Physics 27, Academic Press, Boston, 1993

Metody analýzy povrchů : Elektronová mikroskopie a difrakce (editoři L. Eckertová, L. Frank), Academia, Praha 1996,

Mikroskopie na bázi tunelového jevu (Z. Knor), str. 187-229

Metody analýzy povrchů : Iontové, sondové a speciální metody (editoři L. Frank, J. Král), Academia, Praha 2002, kapitoly:

(a) Rastrovací tunelová mikroskopie (STM) a příbuzné techniky (I. Ošťádal, P. Sobotík), str. 275-297

(b) Studium povrchů pomocí mikroskopie s rastrující sondou (V. Cháb), str. 301-320

(c) Rastrovací sondové mikroskopie v elektrochemii (P. Janda), str. 323-348

(d) Optická tunelová mikroskopie s lokální sondou (P. Tománek), str. 351-379

Monotematicky zaměřená čísla Čs. čas. fyz. A: 48 (No3-4)(1998), 51 (No1)(2001), 53 (No2)(2003)

Se zaměřením na SPM techniky a jejich aplikace v ČR (sborníky z národních seminářů)

Last update: T_KEVF (12.05.2014)

Teaching methods

English

The lecture is conducted on-line in the winter semester 2020. For more information, see https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/rozvrh.html

Last update: Roučka Štěpán, doc. RNDr., Ph.D. (06.10.2020)

Czech

Výuka v ZS 2020 probíhá formou on-line přednášek. Více informací viz https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/rozvrh.html

Last update: Roučka Štěpán, doc. RNDr., Ph.D. (06.10.2020)

Requirements to the exam

Zkouška je ústní, tvoří ji dvě otázky v souladu se sylabem přednášky. Požadované znalosti odpovídají rozsahu odpřednášené problematiky

Last update: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (14.06.2019)

Syllabus

English

1.

Review of microscopy techniques (transmission electron m. - TEM, scanning electron m. - SEM, field electron m. - FEM, field ion m. - FIM, low energy electron m. - LEEM), physical principles, modifications; characterizations of near field scanning probe microscopies (SPM).

2.

Physical principle of scanning tunneling microscopy (STM), modes of imaging, resolution limits, tunneling, spectroscopy of tunneling electrons; scanning tunneling spectroscopy (STS); construction of STM , basic problems of SPM construction; comparison of STM and other "classical" microscopy techniques.

3.

STM and related techniques: scanning tunneling potentiometry, scanning noise microscopy (SNM), ballistic electron emission microscopy (BEEM) and spectroscopy (BEES), scanning capacitance microscopy (SCM), scanning tunneling thermometer.

4.

Physical principles of scanning force microscopies (SFM): atomic force microscopy (AFM), magnetic force m. (MFM), electric force m. (EFM) and imaging techniques:

(a) DC contact techniques: constant force mode, constant height mode, error mode, imaging of lateral forces, spreading resistance imaging.

(b) AC contact techniques: force modulation mode, contact EFM, acoustic AFM (AFAM), AFAM resonance spectroscopy.

(c) semi-contact techniques: semi-contact mode, phase imaging, semi-contact error mode.

(d) non-contact techniques: non-contact mode, frequency modulation mode.

(e) many-pass techniques: EFM, capacitance microscopy, Kelvin probe microscopy, DC MFM, AC MFM, dissipation force microscopy.

Spectroscopies: force-distance, adhesion force imaging, amplitude-distance, phase-distance, frequency-distance, full resonance spectroscopy.

5.

Scanning near field optical microscopy (SNOM), physical principle. Shear Force Microscopy. Imaging modes: transmission, reflection, luminescence.

Last update: T_KEVF (23.05.2008)

Czech

1.

Přehled a možnosti "tradičních" mikroskopií (transmisní elektronová, rastrovací elektronová,

elektronový projektor, iontový projektor), fyzikální principy; charakteristika mikroskopií s rastrující sondou v blízkém poli (SPM).

2.

Fyzikální princip rastrovací tunelové mikroskopie (STM), mody zobrazení v STM, meze rozlišení, tunelový jev, spektroskopie tunelujících elektronů, rastrovací tunelová spektroskopie; technická realizace STM, obecné problémy konstrukce mikroskopií s rastrující sondou v blízkém poli, srovnání STM s ostatními technikami.

3.

STM a příbuzné techniky: rastrovací tunelová potenciometrie, rastrovací šumová mikroskopie (SNM), mikroskopie a spektroskopie balisticky emitovaných elektron? (BEEM a BEES), kapacitní tunelová mikroskopie, rastrovací tunelový teploměr.

4.

Fyzikální principy silových mikroskopií s rastrující sondou (SFM): mikroskopie atomárních sil (AFM), magnetických sil (MFM), elektrických sil (EFM) a techniky zobrazení:

(a) stejnosměrné (DC) kontaktní techniky: mód konstantní síly, konstantní výšky, tzv. error mode (chybový mód) s využitím zpětnovazebního signálu, zobrazení laterálních sil, zobrazení s využitím vodivosti hrotu a vzorku (spreading resistance imaging).

(b) střídavé (AC) kontaktní techniky: mód s modulací síly, kontaktní EFM, akustická mikroskopie - AFAM a rezonanční spektroskopie.

(c) semikontaktní techniky: semikontaktní mod, fázové zobrazení, semikontaktní chybový mód.

(d) nekontakní techniky: nekontaktní mód, mód s frekvenční modulací.

(e) víceprůchodové techniky: EFM, kapacitní mikroskopie, mikroskopie s Kelvinovou sondou, DC MFM, AC AFM, MFM se zobrazením pomocí disipace energie.

Spektroskopie: síla(vzdálenost), zobrazení pomocí adhesivních sil, amplituda(vzdálenost), fáze(vzdálenost), frekvence(vzdálenost), "Full-resonance Spectroscopy".

5.

Rastrovací optická mikroskopie v blízkém poli (SNOM) resp. rastrovací optická tunelová mikroskopie - fyzikální princip. Shear Force Microscopy. Módy zobrazení: transmisní, reflexní, luminiscenční.

Last update: T_KEVF (12.05.2014)