2009年9月16日
研究中心的博士生Forschungszentrum Dresden-Rossendorf(FZD)提出用一种新的方法来解释开尔文探针力显微镜产生的图像。她最近在《物理评论B》杂志上发表了她的见解。
开尔文探针力显微镜探针的原理图在掺杂半导体上有一层薄薄的氧化物层(灰蓝色原子层)。在氧化物层和半导体之间的界面上占据的表面态以红色动态显示，同样数量的未屏蔽掺杂原子以深蓝色动态显示。由此产生的不对称电偶极子导致探针偏转(左)。通过施加偏置可移动的多数载流子被注入到半导体中(橙色动画)，并屏蔽未屏蔽的电离掺杂原子(中心)。结果，作用在悬臂上的静电力消失了。悬臂运动回到它的正常位置(右)。应用的偏压是测量的，它取决于掺杂剂原子的浓度。
在过去的几年里，微观技术有了巨大的进步。现代显微镜能够绘制分子的三维图，识别最小的结构，如单个原子，甚至区分不同种类的原子。原子力显微镜是众所周知的，甚至在公众作为一个通用的工具，在纳米级的图像生产。开尔文探针力显微镜是一种特殊的成像技术，以开尔文勋爵命名。当这些图像在1991年被推向市场时，人们对如何解读这些图像进行了科学的描述。对此，FZD纳米自旋电子学研究小组的博士生、物理学家克里斯汀·鲍姆加特(Christine Baumgart)添加了新的特性。
原子力显微镜的分辨率甚至超过了纳米级(两个原子之间的平均差距为0.2纳米)。这种显微镜通过移动固定在被研究样品上方的小光束(悬臂)上的微小尖端来生成表面形貌的图像。针尖与样品表面的原子相互作用，使原子对针尖施加一个力。这种力也会影响悬臂梁，悬臂梁的变形可以用激光系统测量。开尔文探针力显微镜使用导电尖端。因此，它不仅可以测量样品的表面形貌，还可以测量针尖与样品之间的电作用力。因此，可以深入研究离子掺杂材料的催化或电活性等表面现象。欧洲杯足球竞彩虽然这种显微技术有利于电学性质的无损研究，但复杂的测量程序，甚至影响科学结果的再现性，被认为是它的主要缺点。此外，科学家们依靠一个不完整的解释来解释他们所测量的值，因为他们相信，针尖和样品表面之间的电势是测量过的。
克莉丝汀·鲍姆加特现在发现了开尔文探针力显微镜所测量的东西。它是将电子或空穴从半导体内部移动到表面所需要的电势。她的新发现将简化显微技术本身，并将导致关于样品结构和电子特性的明确和可重复的结果。此外，开尔文探针力显微镜，目前主要用于材料科学和半导体物理学，可能会成为其他领域，如生物技术更有吸引力。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
但是开尔文探针力显微镜到底是如何工作的呢?当移动到样品上时，探针被悬臂和样品之间的静电力偏转。通过对样品施加偏置，电子和空穴被移动到半导体的表面，静电力降低。悬臂梁移动回其原始位置，应用的偏置被存储为测量的信号。更准确地说，测量的开尔文偏置与计算的费米能量与各自半导体带边之间的差值之间存在定量关系，与探针显微镜尖端的工作函数无关。因此，Christine Baumgart对开尔文探针力显微镜工作原理的新解释解释了为什么信号依赖于向绝缘体和半导体之间的界面注入大部分载流子所必需的偏置。
在Heidemarie Schmidt博士指导下的论文中，Christine Baumgart研究了未来纳米自旋电子器件的材料。欧洲杯足球竞彩通常，外来原子被注入这些材料中。欧洲杯足球竞彩为了全面描述掺杂半导体，她使用了各种显微技术，比如开尔文探针力显微镜。Christine Baumgart:“我想更精确地了解这个显微镜是如何工作的。在FZD的离子束中心，我们能够生产特别明确的样品。在研究这些半导体样品时，我发现开尔文探针力显微镜准确测量了什么，信号还没有被充分解释。好消息是，测量本身一直是正确的。”