Contacts between atoms present the reduction of an electronic system to the smallest scale accessible at the present. Field ion microscopy (FIM) and simultaneous scanning tunneling microscopy (STM) and atomic force microscopy (AFM) were used to characterize atomic contacts between a tungsten (W(111)) STM-tip and a gold (Au(111)) sample. The STM-tip was imaged with atomic resolution using FIM and reconstructed in a three dimensional ball model. Force and current were measured simultaneously while the tip approached an atomically flat Au(111) sample to form a contact.A detailed description of the tip production and characterization using an etching setup that was developed for this thesis is introduced. These tips are characterized by field ion microscopy (FIM). The adaptation of a well known three dimensional ball model reconstruction to the tungsten bcc(111) crystal is described and utilized to reconstruct FIM micrographs of W(111) STM-tips. Using several of such tips, the long-range forces of the tip-sample system were analyzed using recent theoretical models, concluding that van der Waals and electrostatic force contributions were negligible for tips with a radius smaller than r_tip = 15 nm within the precision of the FIM-STM/AFM system that was employed for the experiments.Force and current data for different structural modifications of the W(111)-Au(111) SPM tunneling junction are presented and discussed. Findings include that the W-Au junction in geometries which were examined in this thesis do not exhibit the conductive properties of a one-atom contact.A comparison of different theoretical approaches that treat the correlation of force and current in a STM type tunneling junction is presented and the results of this thesis support a F^2 ~ I_t proportionality for a three-atom tungsten tip contacting an atomically flat Au(111) sample. / Un contact entre atomes est la réduction d'un système électronique à la plus petite échelle actuellement accessible. La microscopie à champ ionique (field ion microscopy, FIM) et la microscopie à effet tunnel (scanning tunneling microscopy, STM) simultanément à la microscopie à forces atomiques (atomic force microscopy, AFM) ont été utilisées pour caractériser le contact atomique entre une pointe de tungstène (W(111)), un palpeur pour le STM, et un échantillon d'or (Au(111)). La pointe a été imagée par FIM avec une résolution atomique et reconstruite par un modèle de balle tridimensionnel. La force et le courant ont été mesurés simultanément pendant que la pointe s'approchait de l'échantillon d'or (111) atomiquement plat pour y former un contact.Une description détaillée de la production et de la caractérisation des pointes par l'utilisation d'un système d'attaque électrolytique, développé pour cette thèse, est présentée. L'adaptation de la reconstruction par modèle de balle tridimensionnel au cristal de tungstène ccc(111) est décrite, puis utilisée pour reconstruire les pointes W(111). En utilisant plusieurs de ces pointes, les forces à longue portée du système pointe-échantillon ont été analysées en utilisant de récents modèles théoriques, ce qui a permit de conclure que les contributions des forces de van der Waals et des forces électrostatiques sont négligeables pour des pointes de rayon inférieur à r_pointe = 15 nm, compte tenu de la précision du système FIM-STM/AFM employé pour les expériences.En lien avec les simulations qui prennent en compte les forces d'interaction pointe-échantillon et les propriétés conductrices de la séparation des contacts, des données de force et de courant pour différentes modifications structurelles de la jonction tunnel W(111)-Au(111) sont présentées et analysées. Entre autres choses, il est montré que la jonction W-Au, pour les géométries étudiées dans cette thèse, ne présente pas les propriétés conductrices d'un contact monoatomique.En comparant différentes approches théoriques qui traitent de la corrélation entre la force et le courant dans une jonction tunnel de type STM, les données pour la jonction W(111)-Au(111) sont mises en relation avec ces lois de puissance. Les résultats de cette thèse indique une proportionnalité F^2 ~ I_t pour une pointe de tungstène à 3 atomes faisant contact avec un échantillon d'or (111) atomiquement plat.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.96938 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Hagedorn, Till |
| Contributors | Peter H Grutter (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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