Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Inventado no início dos anos 1980, o STM evoluiu para uma importante ferramenta
na investigação das propriedades de superfícies e interfaces, com aplicações em várias
áreas da ciência além da Física, como Ciências de Materiais e Química. O presente
trabalho trata da microscopia de tunelamento, que se baseia no fenômeno do tunelamento
quântico dos elétrons. No STM, a distância entre ponta e a amostra é reduzida até que as
funções de onda dos elétrons na ponta e na superfície da amostra se sobreponham. Nessa
situação, observa-se o fenômeno do tunelamento quântico de elétrons através da barreira
formada entre os dois eletrodos (ponta e amostra). Como o valor da corrente de
tunelamento é fortemente dependente da distância ponta-amostra, um microscópio STM
pode ser utilizado para mapear a morfologia da superfície da amostra com alta resolução
espacial. Além disso, outra importante capacidade do STM é a possibilidade de atuar no
modo espectroscópico (STS).
Por vezes, o estudo detalhado das propriedades de um sistema requer o uso de
métodos não convencionais de microscopia STM. Um exemplo é o estudo do magnetismo
de nanoestruturas por microscopia de tunelamento com resolução em spin (SP-STM). A
implementação destes métodos não convencionais normalmente exigem recursos
experimentais específicos, nem sempre disponíveis em equipamentos comercias. A
versatilidade no controle das características funcionais do equipamento foi a principal razão
que nos motivou a construir o microscópio STM.
No primeiro capitulo faremos uma introdução geral ao tema da dissertação. Uma
breve introdução ao método de STM será dada no capítulo 2, incluindo aspectos
fundamentais do tunelamento quântico, bem como sua aplicação técngeralica. O capítulo 3
descreve o estudo das propriedades eletrônicas e magnéticas do grafeno preparado sobre a
superfície vicinal Ni(977). O magnetismo observado na camada de grafeno induzido por um
substrato ferromagnético é de grande interessante para o desenvolvimento de dispositivos
spintrônicos. Relatamos a investigação das propriedades de uma monocamada de grafeno
preparada sobre de Ni(977) por CVD, utilizando a microscopia de varredura por
tunelamento (STM), dicroísmo circular magnético de raios-x (XMCD) e espectroscopia de
fotoelétrons (XPS). No capítulo 4, apresentamos o detalhamento do projeto de construção
de um STM para operar em ambiente de ultra alto vácuo (UHV). Características do STM
como isolamento de vibração, desenho mecânico, sistema de varredura e processo de
preparação de pontas são discutidos. Por fim, analisamos os resultados dos testes de
operação no microscópio STM, dificuldades observadas ao longo do projeto e possíveis
melhorias. / Invented in the early 1980s, STM has evolved into a standard tool to investigate the
properties of surfaces and interfaces, with applications in various research fields, such as
physics, material sciences and chemistry. The present work deals with scanning tunnelling
microscopy, which refers to the quantum phenomenon of electron tunneling through a
potential barrier. The distance between a conductive probe tip and sample is reduced until
the electron wave functions of tip and sample surface have significant overlap, and electrons
can tunnel through the vacuum barrier. As the so-detected tunneling current is strongly
distance-dependant, it can be used to map the morphology of the sample surface with a
resolution which goes far beyond the actual meaning of the term microscopy. Besides its
unique spatial resolution, one strength of the STM is the possibility to perform local
electronic spectroscopy. STM has evolved into a standard tool to investigate the properties
of surfaces and interfaces, with applications in various research fields besides physics, such
as material sciences, chemistry, or biology. Nevertheless, the detailed study of materials
properties requires the use of non-conventional methods of STM microscopy. One example
is the study of magnetism in nanostructures by spin polarized scanning tunneling
microscope (Sp-STM). The implementation of such unconventional methods typically
requires specific experimental features, not always available in commercial equipment. This
versatility in controlling the functional characteristics of the equipment was one of the main
reasons that motivated us to design and build our own STM microscope.
A general introduction to the dissertation theme is presented in chapter 1. In chapter
2, a brief discussion about the method of STM is developed, including theoretical aspects on
quantum tunneling. In chapter 3, the experimental study of electronic and magnetic
properties of the graphene/Ni(977) is shown. The recent observation of magnetism in
graphene layers induced by a ferromagnetic substrate is a very interesting issue and can
impact the design of new carbon-based spintronic devices. Here we report on the
investigation of the electronic and magnetic properties of the graphene/Ni(977) by using
scanning tunneling microscope (STM), x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) and x-ray
photoelectron spectroscopy (XPS). In chapter 4, it was described the project and
construction of a homemade STM operated in ultrahigh vacuum (UHV) condition. We
discuss the details of main STM-UHV components: main and sample preparation chambers,
STM head, tip scanner, and sample holder design. Characteristics of the mechanical and
electronic design, vibration isolating system, tip and sample preparation are discussed.
Finally, we report the results of testing experiments as well as discuss the encountered
difficulties and some possible solutions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:bdtd.cdtn.br:166 |
| Date | 08 March 2013 |
| Creators | Rafael Lopes de Souza |
| Contributors | Maximiliano Delany Martins, José Domingos Ardisson, Roberto Magalhães Paniago |
| Publisher | CNEN - Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, Belo Horizonte, CTMA - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materiais, CDTN, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do CDTN, instname:Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, instacron:CDTN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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