ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ РОСТА КРИСТАЛЛОВ И … · Fluctuation of...
13
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ РОСТА КРИСТАЛЛОВ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ РОСТА КРИСТАЛЛОВ И ВОЗМОЖНОСТИ АТОМНО И ВОЗМОЖНОСТИ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ Л.Н. Рашкович, Е.В. Петрова Физический факультет МГУ Кафедра физики полимеров и кристаллов [email protected] Июнь 2010
Transcript of ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ РОСТА КРИСТАЛЛОВ И … · Fluctuation of...
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ РОСТА КРИСТАЛЛОВЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ РОСТА КРИСТАЛЛОВ
И ВОЗМОЖНОСТИ АТОМНОИ ВОЗМОЖНОСТИ АТОМНО--СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИСИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ
Л.Н. Рашкович, Е.В. Петрова
Физический факультет МГУ
Кафедра физики полимеров и кристаллов
Июнь 2010
Поверхность атомноПоверхность атомно--гладкой гранигладкой грани
Основные элементарные параметры кинетики роста:
Плотность изломов , штук/см
Частота отрыва частиц от излома w-, сек-1
w+
b
a
w-Ступень
Положение
излома
6 нм
Спиральный рост Спиральный рост
моноклинного лизоцимамоноклинного лизоцима(6.3 с между кадрами)
500 нм
X
Yx(y)
W = <[X(Y) - X(Y + Y)]2> = Y a2
<[X(t) - X(t + t)]2> = ( t)1/2 ,
= a6 w-
y
Y, nm
Xk(0) - Xi(t) = [Xk(0) – Xi(0)] + [Xi(0) – Xi(t)]
<[Xk(0) - Xi(t)]2> = <[Xk(0) – Xi(0)]2> + <[Xi(0) – Xi(t)]
2>
<[X(Y) – X(Y + Y)]2> = Y a2 - Y1/2 [ S/LH]1/2 . .
w<[X(Y) - X(Y + Y)]2> = Y a2
<[X(Y) - X(Y + Y) 2 ]2> =
= Y a2 + 4 2
Результаты:
= 7 nm
a2 = 0.12 nm
~ 0.003 nm-1
Пространственные флуктуации положения Пространственные флуктуации положения ступени на грани (101) моноклинного лизоцимаступени на грани (101) моноклинного лизоцима
Временные флуктуации положения ступени Временные флуктуации положения ступени
0
25
5
10
15
20
0 110 120 130 140 150
x, нм
t,
c
Ступени на грани (101)
моноклинного лизоцима
1 10
10
W2,нм2
t, c
Наклон прямой: 0,47 0,01
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
0
5
10
15
20
W2, нм
2
t1/2
, c1/2
W2 = <[x(t + t) - x(t)]2>
Флуктуации растут по закону W2 = ( t)1/2, где = (2/ )a6 2w- = 36 нм4/c
При а = 6нм, w-2 = 0.00121 нм-2с-1, если = 0.003 nm-1, то w- = 400 шт/с
Fluctuation of step movement
0
25
5
10
15
20
0 110 120 130 140 150
x, nm
0 100 200 300 400 500 600 700
0
20
40
60
80
100
120
140
160
x, нм
t, c
0 100 200 300 400 500 600 700
0
4
8
12
16
20
24
x, ячейки
t, c
0 100 200 300 400 500 600 700
0
4
8
12
16
20
24
x, ячейки
t, c
0 100 200 300 400 500 600 700
0
4
8
12
16
20
24
x, ячейки
t, c
0 100 200 300 400 500 600 700
0
4
8
12
16
20
24
x, ячейки
t, c
0 100 200 300 400 500 600 700
0
4
8
12
16
20
24
x, ячейки
t, c
0 100 200 300 400 500 600 700
0
4
8
12
16
20
24
x, ячейки
t, c
0 100 200 300 400 500 600 700
0
4
8
12
16
20
24
x, ячейки
t, ct, s
x, nm
x, cell
Step movement
“Disabled” mode
t, s
<vstep> = 0.23 nm/s
<t> = 4.42 s
5
Изрезанность степеней кристаллов Изрезанность степеней кристаллов
высокомолекулярных и низкомолекулярныхвысокомолекулярных и низкомолекулярных
Ромбический и моноклинный лизоцим KDP
Изрезанность ступенейИзрезанность ступеней под действием под действием
измерительной иглыизмерительной иглы
Прямая ступень (без изломов) под углом
к вертикальной оси сканирования .
Изображение такой ступени будет иметь
вид ломанной линии, у которой длина прямых
вертикальных участков равна 1/tg (сканов),
а число точек излома равно Stg .,
т.е. тем больше, чем больше S и .
Любое АСМ изображение представляет собой квадратную сетку
размером SxS, каждый элемент (квадратик) которой (пиксель)
характеризуется своей интенсивностью.
Движущаяся прямая ступень (без изломов).
Скорость ступени вдоль направления горизонтального сканирования V = Vcos , поэтому за время Т при
сканировании сверху вниз нижний конец ступени переместится на VT = VScos /H и показанная
на рисунке прямая расположится под углом * к вертикали:
tg * = [VScos /H + Stg ]/S = tg + Vcos /H.
Теперь длина прямых вертикальных участков еще уменьшится и будет равна 1/ tg *, а число точек излома
станет больше и составит Stg * = S[tg + Vcos /H].
W- = exp[-(E + H)/kT] < ~10с-1
= 6.1012 с-1
(E + H)/kT >~ ln6.1011 = 27
E + H >~ 16 Kkal/mol
E + H H
Частота сканирования 20.3 Гц
2 скана сканируются с частотой 10,15 с-1
Формирование нового сегмента Формирование нового сегмента
дислокационной спиралидислокационной спирали
Винтовая дислокация
hp
pR
Крутизна вицинального холмика:
Нормальная скорость роста:
a
7 x 7 m2
b
6 x 6 m2
Morphology of the (010) growing surface
Dislocation hillocks on the (010) face of a KAP crystal:
(a) double spiral and (b) Frank-Read source.
Поверхность (101) моноклинного кристалла
лизоцима с высоким разрешением
Краевая дислокация.
Высота ступени - 2,39 нм.
