[논문 리뷰] Nanofabricated tips as a platform for double-tip and device based scanning tunneling microscopy

Maarten Leeuwenhoek, Richard A. Norte외 6명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 22.

Surface and Thin Film Phenomena인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 스캐닝 터널링 현미경을 위한 나노공정으로 제작된 스마트 톱을 실리콘 칩에 통합하여 장치 기반 및 双톱 STM 구성을 가능하게 한다. 이 톱들은 전통적인 톱들과 비교해 유사한 성능을 보이며, 50 nm 이내의 톱 간 거리로 현장에서의 준비를 통해 표면 재구성과 전자 상관관계를 원자 크기 해상도로 분석할 수 있다.

ABSTRACT

We report on the fabrication and performance of a new kind of tip for scanning tunneling microscopy. By fully incorporating a metallic tip on a silicon chip using modern micromachining and nanofabrication techniques, we realize so-called smart tips and show the possibility of device-based STM tips. Contrary to conventional etched metal wire tips, these can be integrated into lithographically defined electrical or photonic circuits, as well as mechanical systems. We experimentally demonstrate that the performance of the smart tips is on par with conventional ones, both in stability and resolution. In situ tip preparation methods are possible and we verify that they can resolve the herringbone reconstruction and Friedel oscillations on Au(111) surfaces. In addition, these devices can be made to accommodate two isolated tips with sub-50 nm apex-to-apex distance to measure electron correlations at the nanoscale using a new type of double-tip experiment described in this letter.

연구 동기 및 목표

• 통합 회로와 호환되는 확장 가능한 리소그래피 기반 STM 톱 플랫폼을 개발하기 위해.
• 기존에 연마된 금속 와이어 톱의 한계를 극복하여 전기적, 광학적, 기계적 시스템에 통합 가능하도록 하기 위해.
• 이중톱 STM 실험을 위한 50 nm 이내의 톱 간 거리 확보를 위해.
• Au(111)와 같은 모델 표면에서 원자 크기 해상도로 현장에서의 톱 준비를 가능하게 하기 위해.
• 안정성과 해상도 면에서 기존 STM 톱과의 성능 비교를 통해 검증하기 위해.

제안 방법

• 실리콘 기판에 현대적인 마이크로머시닝 및 나노패브리케이션 기법을 사용해 금속 톱을 제작하기 위해.
• 장치 기반 작동을 위한 리소그래피 기반 전기적 및 광학 회로에 톱을 통합하기 위해.
• 원자적으로 날카로운 끝을 얻기 위해 현장에서의 톱 준비 기법을 사용하기 위해.
• 통제된 50 nm 이내의 끝에서 끝까지의 간격을 갖는 이중톱 구성 설계를 위해.
• 표면 영상 촬영을 위해 피드백 제어를 포함한 표준 STM 작동 원리를 활용하기 위해.
• 기계적 안정성과 확장성을 확보하기 위해 실리콘 칩 플랫폼을 활용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실리콘 칩에 나노공정으로 제작된 톱이 기존의 연마된 톱과 유사한 STM 성능을 달성할 수 있는가?
• RQ2 이 톱들은 기능적인 전기적 또는 광학 회로에 통합될 수 있는가?
• RQ3 원자 크기 해상도를 확보하기 위해 현장에서의 톱 준비가 실현 가능한가?
• RQ4 서로 분리된 두 개의 톱을 50 nm 이내의 간격으로 제작할 수 있는가, 이를 통해 이중톱 STM 실험을 수행할 수 있는가?
• RQ5 이 장치 기반 톱은 하링본 재구성과 프리델 진동과 같은 복잡한 표면 현상을 해상도를 높여 분석할 수 있는가?

주요 결과

• 스마트 톱는 안정성과 해상도 면에서 기존 톱과 비교해 유사한 STM 성능을 달성하였다.
• Au(111) 표면에서의 하링본 재구성과 프리델 진동과 같은 원자 크기의 특징이 성공적으로 해상도 분석되었다.
• 현장에서의 톱 준비가 실험적으로 검증되어 고해상도 영상 촬영에 적합한 功能성이고 날카로운 톱을 생성할 수 있음을 입증하였다.
• 50 nm 이내의 끝에서 끝까지의 간격을 갖는 이중톱 구성이 실현되어 새로운 종류의 이중톱 STM 실험을 가능하게 하였다.
• 이 플랫폼은 전기적 및 광학 회로에 통합 가능하여 장치 기반 STM 기능을 지원한다.
• 이 제작 방법은 확장 가능하며 표준 나노공정 공정과 호환된다.