Page 15 - เอกสารประกอบการเรียน หน่วยที่ 1
P. 15
วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีกับคุณภาพชีวิต
การสแกนภาพอะตอม (atom imaging mode) วิธีการนี้เป็นการใช้หัวปลายแหลมของเครื่อง STM
ที่เล็กมากในระดับอะตอมในการสแกนไปบนพื้นผิวของวัตถุโลหะที่มีอะตอมวางอยู่ ซึ่งพื้นผิวนั้นก็จะ
ถูกปล่อยกระแสไฟฟ้ าให้ไหลผ่านเพื่อที่จะใช้ตรวจสอบลักษณะของพื้นผิวการสแกนจะเริ่มต้นจาก
การก าหนดต าแหน่งบนพื้นผิวตัวอย่างว่าจะท าการสแกนบริเวณใด จากนั้นก าหนดขนาดพื้นที่ที่จะ
ท าการสแกน ซึ่งถ้าเป็นพื้นที่ขนาดเล็กการสแกนก็จะได้รายละเอียดสูง แต่ถ้าเป็นพื้นที่ขนาดใหญ่
รายละเอียดที่ได้ก็จะน้อยตามไปด้วย การบังคับปลายเข็มท าได้โดยใช้ความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้ า
ในการกระตุ้นผลึกเซรามิคที่ยึดติดกับหัวเข็ม ให้หดหรือคลายตัว โปรแกรมคอมพิวเตอร์ถูกน ามาใช้
ในการใส่ข้อมูลหรือตัวแปรที่ต้องการควบคุม ตัวอย่างเช่น พื้นที่ในการสแกน ค่าความต่างศักย์
และกระแสไฟฟ้ า เป็นต้น ในขณะที่ท าการสแกน สัญญาณไฟฟ้ าที่ตรวจสอบได้จากพื้นผิว ซึ่งได้แก่
ความต้านทานและกระแสไฟฟ้ า จะถูกส่งและน ามาสร้างเป็นภาพจ าลองแบบ 3 มิติของลักษณะ
พื้นผิวนั้นได้ ส่วนวิธีการที่สองเป็นการเคลื่อนย้ายอะตอม (atom manipulation mode) วิธีการนี้
จะใช้หัวปลายแหลมในการหยิบหรือจับอะตอม และท าการเคลื่อนย้ายไปวาง ณ ต าแหน่งที่ต้องการ
ซึ่งกระบวนการของการเคลื่อนย้ายอะตอมนี้ สามารถท าได้โดยการใช้สนามไฟฟ้ าระหว่างปลาย
แหลมและพื้นผิวตัวอย่าง โดยเมื่อปลายแหลมเคลื่อนที่มาอยู่ในต าแหน่งเหนืออะตอมที่เหมาะสม
ที่จะสามารถท าการหยิบจับอะตอมที่อยู่บนพื้นผิวที่อยู่ในสนาม ไฟฟ้ าอยู่แล้ว จะท าให้ก าแพงที่ขวาง
ความสามารถในการไหลของกระแสไฟฟ้ าทั้งส่วนของปลายแหลมและจากอะตอมนั้นถูกลดลง แต่
ขณะเดียวกันความสามารถในการไหล ณ บริเวณปลายแหลมจะมีพลังงานที่ต ่ากว่าบริเวณของ
อะตอมมาก จึงท าให้อะตอมถูกส่งผ่านขึ้นไปสู่ปลายแหลมได้โดยง่าย จึงท าให้สามารถที่จะหยิบ
หรือจับอะตอมได้และหลังจากนั้นเมื่อต้องการที่จะวางอะตอมลงไป ณ จุดที่ก าหนดไว้ ก็สามารถท า
ได้โดยการถ่วงกระแสไฟฟ้ าที่ไหลผ่านปลายแหลม จะท าให้ความสามารถในการไหลของบริเวณฝั่ง
พื้นผิวอะตอม มีพลังงานต ่ากว่าของส่วนปลายแหลม จึงท าให้อะตอมที่ถูกจับไว้โดยปลายแหลม
นั้น ถูกส่งผ่านกลับสู่พื้นผิวตัวอย่างได้ ล่าสุดได้มีการทดลองโดยใช้ปลายแหลมของเครื่อง SPM ใน
การจัดเรียงอะตอมของแมงกานีส (manganese) ลงไปในโครงสร้างผลึกแลททิก (lattice) แทนที่
ต าแหน่งของอะตอมแกลเลียม (gallium) ของพื้นผิวของสารกึ่งตัวน าแกลเลียมอาร์เซไนด์ (gallium
arsenide) ซึ่งผลที่เกิดขึ้นนั้นท าให้ได้โครงสร้างของสารกึ่งตัวน านี้ที่มีคุณสมบัติพิเศษ สามารถเป็น
เฟอโรแมกเนติก (ferromagnetic) ได้ อันเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันของอะตอมแมงกานีสที่จัด
วางลงไป (ซึ่งเกิดจากอะตอมของแมงกานีสที่อยู่ติดกันมีสปินของอิเล็กตรอนหันไปในทิศทางเดียวกัน)
หรือเรียกได้ว่าเป็นโครงสร้างนาโนของสารกึ่งตัวน าแบบแม่เหล็ก (magnetic semiconductors)
15
