Microscopia e tecniche SPM

CNR – IMIP

Montelibretti, Marzo 2003

Parametri fondamentali della microscopiaParametri fondamentali della microscopia

La proprietà fondamentale di un microscopio è la La proprietà fondamentale di un microscopio è la possibilità di ottenere un’immagine ingrandita di un possibilità di ottenere un’immagine ingrandita di un oggetto.oggetto.L’L’ingrandimentoingrandimento fornito da uno strumento ottico fornito da uno strumento ottico SS è è definito come il rapporto tra:definito come il rapporto tra:■■L’angolo sotto cui si vede un oggetto senza strumento L’angolo sotto cui si vede un oggetto senza strumento SS, e, e

■■L’angolo sotto cui si vede lo stesso oggetto con lo L’angolo sotto cui si vede lo stesso oggetto con lo strumento strumento SS..

10°

40°

Parametri fondamentali della microscopiaParametri fondamentali della microscopia

L’ingrandimento da solo non basta, è necessaria la L’ingrandimento da solo non basta, è necessaria la capacità di distinguere i particolari: capacità di distinguere i particolari: risoluzionerisoluzione

Tappe storiche fondamentali della Tappe storiche fondamentali della microscopiamicroscopia

15901590 Z. e H. Janssen producono un microscopio con due lenti senza basi teoricheZ. e H. Janssen producono un microscopio con due lenti senza basi teoriche

16001600 Galileo e Keplero pongono le basi dell’ottica modernaGalileo e Keplero pongono le basi dell’ottica moderna

17331733 Hall utilizza combinazioni di vetri flint e crown per produrre sistemi ottici privi Hall utilizza combinazioni di vetri flint e crown per produrre sistemi ottici privi di aberrazioni cromatichedi aberrazioni cromatiche

18861886 Carl Zeiss produce lenti prive di aberrazioniCarl Zeiss produce lenti prive di aberrazioni sferiche e cromatiche e porta la sferiche e cromatiche e porta la risoluzione del microscopio ottico al limite di 0.2 risoluzione del microscopio ottico al limite di 0.2 mm

19301930 Lebedeff realizza il microscopio a interferenzaLebedeff realizza il microscopio a interferenza

19321932 Zernicke inventa il microscopio a contrasto di fase, Ruska inventa il Zernicke inventa il microscopio a contrasto di fase, Ruska inventa il microscopio elettronico a trasmissione (TEM)microscopio elettronico a trasmissione (TEM)

19351935 Knoll e Von Ardenne sviluppano il Knoll e Von Ardenne sviluppano il microscopio elettronico a scansionemicroscopio elettronico a scansione

19521952 Nomarsky elabora il sistema del contrasto interferenzialeNomarsky elabora il sistema del contrasto interferenziale

19571957 Minsky realizza il microscopio ottico confocaleMinsky realizza il microscopio ottico confocale

19861986 Binnig e Rohrer vincono il Premio Nobel per la Fisica per l’invenzione del Binnig e Rohrer vincono il Premio Nobel per la Fisica per l’invenzione del microscopio Tunnel a Scansionemicroscopio Tunnel a Scansione (STM, 1981) (STM, 1981)

19861986 Binnig inventa il Binnig inventa il microscopio a Scansione a Forza Atomicamicroscopio a Scansione a Forza Atomica (AFM) (AFM)

Il microscopio otticoIl microscopio ottico

Il microscopio ottico fu studiato e realizzato da Galileo in Il microscopio ottico fu studiato e realizzato da Galileo in basebaseall’interazione della luce con la materia secondo le leggi all’interazione della luce con la materia secondo le leggi dell’ottica geometrica:dell’ottica geometrica:

■■Il comportamento della radiazione luminosa è descritto mediante il Il comportamento della radiazione luminosa è descritto mediante il concetto di raggioconcetto di raggio■■I raggi si propagano in linea retta entro mezzi omogenei, e subiscono I raggi si propagano in linea retta entro mezzi omogenei, e subiscono riflessioni e rifrazioni all’interfaccia tra due mezzi (legge di Snell-Cartesio)riflessioni e rifrazioni all’interfaccia tra due mezzi (legge di Snell-Cartesio)

Una lente è caratterizzata Una lente è caratterizzata dalla sua lunghezza dalla sua lunghezza focale focale ff

ff

Approssimazione Approssimazione parassiale (Gauss) parassiale (Gauss) valida per punti vicini valida per punti vicini all’asse ottico e per all’asse ottico e per raggi poco divergenti raggi poco divergenti da essoda esso

1 / 1 / z1z1 + 1 / + 1 / z2z2 = 1 / = 1 / ff z1z1 z2z2

Tutti i raggi uscenti dal punto Tutti i raggi uscenti dal punto P1P1 del semispazio del semispazio sinistro convergono nel punto sinistro convergono nel punto P2P2 del semispazio del semispazio destrodestro

P1P1

P2P2

Il microscopio otticoIl microscopio ottico

Col microscopio ottico si possono ottenere fino a 1000 ingrandimenti.Col microscopio ottico si possono ottenere fino a 1000 ingrandimenti.La risoluzione La risoluzione RR del microscopio ottico è limitata dal fenomeno della del microscopio ottico è limitata dal fenomeno della diffrazione della lucediffrazione della luce, di cui non si tiene conto nell’ottica geometrica., di cui non si tiene conto nell’ottica geometrica.Se una lente ha diametro Se una lente ha diametro DD e focale e focale ff si ha: si ha: RR = 1.22 = 1.22 DD / / ff

Lunghezza d’onda della luce visibile: Lunghezza d’onda della luce visibile: = 0.38 ~ 0.780 = 0.38 ~ 0.780 mmRisoluzione massima ottenibile: Risoluzione massima ottenibile: RR = 0.2 = 0.2 mm

Microscopio elettronico a scansione: TEM e Microscopio elettronico a scansione: TEM e SEMSEM

Col microscopio elettronico si introducon due nuovi Col microscopio elettronico si introducon due nuovi concetti:concetti:

■■ Interazione degli elettroni con la materiaInterazione degli elettroni con la materia

■■ Scansione della superficie del campioneScansione della superficie del campione

Con questo microscopio non si percepisce l’immagine tramite l’osservazione Con questo microscopio non si percepisce l’immagine tramite l’osservazione della luce riflessa dall’oggetto che si vuole osservare, perché bisogna della luce riflessa dall’oggetto che si vuole osservare, perché bisogna superare i limiti dell’ottica.superare i limiti dell’ottica.

Invece di sfruttare l’interazione luce – materia, si sfrutta l’interazione Invece di sfruttare l’interazione luce – materia, si sfrutta l’interazione elettroni – materia. Questo permette di elettroni – materia. Questo permette di sormontare i limiti della diffrazionesormontare i limiti della diffrazione, , di cui soffrono i microscopi ottici, perché il meccanismo di formazione di cui soffrono i microscopi ottici, perché il meccanismo di formazione dell’immagine ingrandita è del tutto differente.dell’immagine ingrandita è del tutto differente.

L’immagine viene formata visualizzando su uno schermo televisivo i segnali L’immagine viene formata visualizzando su uno schermo televisivo i segnali elettrici originati da un opportuno rivelatore, che è in grado di misurare la elettrici originati da un opportuno rivelatore, che è in grado di misurare la quantità di elettroni riemessi dal campione quando esso è investito da un quantità di elettroni riemessi dal campione quando esso è investito da un fascio di elettroni.fascio di elettroni.

Interazione degli elettroni con la materiaInterazione degli elettroni con la materia

URTO E RIFLESSIONE

URTOURTO

URTO

URTO E LIBERAZIONE DI UN ELETTRONE SECONDARIO

ELETTRONE INCIDENTE (PRIMARIO)

ELETTRONE PRIMARIO RETRODIFFUSO

ELETTRONE SECONDARIO

EMESSO

Un elettrone può penetrare in un Un elettrone può penetrare in un materiale, se ha sufficiente energia.materiale, se ha sufficiente energia.Questo elettrone interagisce con gli atomi Questo elettrone interagisce con gli atomi e gli elettroni di cui è composto il e gli elettroni di cui è composto il materiale, tramite urti.materiale, tramite urti.Talvolta, a causa di un urto, l’elettrone Talvolta, a causa di un urto, l’elettrone (primario) può cedere una tale quantità di (primario) può cedere una tale quantità di energia alle particelle con cui interagisce, energia alle particelle con cui interagisce, da consentire ad alcuni degli elettroni da consentire ad alcuni degli elettroni appartenenti agli atomi del materiale di appartenenti agli atomi del materiale di rompere i vincoli che lo legano ad esso e rompere i vincoli che lo legano ad esso e di muoversi.di muoversi.Questi elettroni (secondari) possono Questi elettroni (secondari) possono quindi uscire dal materialequindi uscire dal materiale

GLI ELETTRONI SECONDARI GLI ELETTRONI SECONDARI POSSONO FORNIRE INFORMAZIONI POSSONO FORNIRE INFORMAZIONI PER COSTRUIRE UN’IMMAGINE DEL PER COSTRUIRE UN’IMMAGINE DEL CAMPIONE. CAMPIONE. COME?COME?

Gli elettroni secondari forniscono Gli elettroni secondari forniscono informazioneinformazione

La quantità di elettroni emessi La quantità di elettroni emessi dipende dal modo con cui il fascio dipende dal modo con cui il fascio primario interagisce col campione.primario interagisce col campione.La profondità di provenienza degli La profondità di provenienza degli elettroni secondari è dell’ordine dei elettroni secondari è dell’ordine dei 10 nm10 nm

■■Gli elettroni secondari possono Gli elettroni secondari possono essere raccolti e essere raccolti e la corrente la corrente associata può essere misurataassociata può essere misurata..

■■La quantità di elettroni secondari emessi dipende dalle La quantità di elettroni secondari emessi dipende dalle caratteristiche del materialecaratteristiche del materiale in in esame (densità e dimensioni degli atomi)esame (densità e dimensioni degli atomi)

■■La quantità di elettroni secondari La quantità di elettroni secondari emessi emessi dipende dall’orientazionedipende dall’orientazione della superficie di emissionedella superficie di emissione

Emissione Emissione 1 / Cos (inclinazione) 1 / Cos (inclinazione)

COME SI FORMA L’IMMAGINE COME SI FORMA L’IMMAGINE DELLA SUPERFICIE?DELLA SUPERFICIE?

ELETTRONE SECONDARIO –

+

–

RIVELATORE DI ELETTRONI

MISURATORE DI CORRENTE

La scansione della superficieLa scansione della superficie

Il fascio degli elettroni primari è molto sottile (fino a 3 nm) e questo consente di avere Il fascio degli elettroni primari è molto sottile (fino a 3 nm) e questo consente di avere una buona risoluzione perché gli elettroni secondari provengono solo dalla zona del una buona risoluzione perché gli elettroni secondari provengono solo dalla zona del campione su cui incide tale fascio.campione su cui incide tale fascio.

Per formare l’immagine dell’intera superficie bisogna quindi effettuare una scansione Per formare l’immagine dell’intera superficie bisogna quindi effettuare una scansione muovendo il fascio primario su righe successive fino ad aver analizzato l’intera zona di muovendo il fascio primario su righe successive fino ad aver analizzato l’intera zona di cui si intende formare l’immaginecui si intende formare l’immagine

Una carica Una carica qq, che si muove a velocità , che si muove a velocità vv in presenza di un campo magnetico in presenza di un campo magnetico BB,,

subisce l’azione di una forza subisce l’azione di una forza FF che la fa deviare (forza di Lorentz):che la fa deviare (forza di Lorentz):

Al variare del campo magnetico Al variare del campo magnetico BB generato dalla lente generato dalla lenteelettromagnetica è possibile indirizzare il fascio dielettromagnetica è possibile indirizzare il fascio dielettroni su diversi punti della superficie del campioneelettroni su diversi punti della superficie del campione

LENTE ELETTROMAGNETICA

FASCIO DI ELETTRONI PRIMARI

SUPERFICIE DEL CAMPIONE –

F = q v B B

F

N

S

v

q

La scansione della superficieLa scansione della superficie

Se si fa corrispondere a correnti elevate punti bianchi e a correnti modeste punti neri, Se si fa corrispondere a correnti elevate punti bianchi e a correnti modeste punti neri, mettendo uno di fianco all’altro i punti colorati così ottenuti si ottiene un’immagine mettendo uno di fianco all’altro i punti colorati così ottenuti si ottiene un’immagine ingrandita del campione.ingrandita del campione.

Si ottiene una risoluzione molto elevata in quanto è possibile controllare finemente la Si ottiene una risoluzione molto elevata in quanto è possibile controllare finemente la posizione del punto su cui incide il fascio primario. posizione del punto su cui incide il fascio primario. L’ingrandimento è enorme perché è determinato dall’elaborazione elettronica dei L’ingrandimento è enorme perché è determinato dall’elaborazione elettronica dei segnali elettrici che pilotano le lenti elettromagnetichesegnali elettrici che pilotano le lenti elettromagnetiche

IMMAGINE RISULTANTE

ZONA AD ALTA EMISSIONE

FASCIO DI ELETTRONI PRIMARI

SUPERFICIE DEL CAMPIONE

ZONA A BASSA EMISSIONE

Il microscopio SEMIl microscopio SEM

Un esempio di immagine SEMUn esempio di immagine SEM

Un comune transistor discreto per usi Un comune transistor discreto per usi commerciali: 2N2222commerciali: 2N2222

COME COME È FATTO ALL’INTERNO?È FATTO ALL’INTERNO?

SILICIO

ALLUMINIO

STRATO PROTETTIVO E PASSIVANTE

CONTATTI METALLICI (RAME)

Un esempio di immagine SEMUn esempio di immagine SEM

Diamante CVD Diamante CVD realizzato presso realizzato presso l’istituto IMIP del CNR di l’istituto IMIP del CNR di MontelibrettiMontelibretti

Notare:Notare:

■■Ingrandimento molto Ingrandimento molto maggiore dell’esempio maggiore dell’esempio precedenteprecedente

■■Il SEM restituisce Il SEM restituisce un’immagine in toni di un’immagine in toni di grigio che non grigio che non corrispondono al colore corrispondono al colore reale del campione, ma reale del campione, ma che rendono conto della che rendono conto della sua morfologia sua morfologia superficiale e delle sue superficiale e delle sue proprietà atomiche localiproprietà atomiche locali

Caratteristiche e limiti del SEMCaratteristiche e limiti del SEM

■■ La risoluzione è La risoluzione è molto elevata molto elevata perché l’immagine perché l’immagine non è più formata non è più formata sfruttando sfruttando l’interazione della l’interazione della materia con la materia con la radiazione visibile.radiazione visibile.

■■ È possibile È possibile acquisire acquisire immagini dotate immagini dotate di una notevole di una notevole profondità di profondità di campocampo, migliore , migliore di quella dei di quella dei microscopi otticimicroscopi ottici

■■ Bisogna analizzare il campione Bisogna analizzare il campione in alto vuotoin alto vuoto

■■ Il SEM restituisce proiezioni Il SEM restituisce proiezioni bidimensionali di immagini bidimensionali di immagini tridimensionalitridimensionali

È POSSIBILE UTILIZZARE UNA È POSSIBILE UTILIZZARE UNA TECNICA DI MICROSCOPIA CHE TECNICA DI MICROSCOPIA CHE LAVORI A PRESSIONE LAVORI A PRESSIONE ATMOSFERICA, RESTITUISCA ATMOSFERICA, RESTITUISCA IMMAGINI TRIDIMENSIONALI E IMMAGINI TRIDIMENSIONALI E SPINGA ANCORA PIÚ IN LÀ IL SPINGA ANCORA PIÚ IN LÀ IL LIMITE DI RISOLUZIONE?LIMITE DI RISOLUZIONE?

FASCIO PRIMARIO

PIANO FOCALE

PIANO FUORI FUOCO

Le tecniche SPMLe tecniche SPM

Questo è possibile sfruttando, invece che Questo è possibile sfruttando, invece che l’interazione luce-materia, altri tipi di l’interazione luce-materia, altri tipi di

interazione con il campione:interazione con il campione:

Microscopia SPMMicroscopia SPMScanning Probe MicroscopyScanning Probe Microscopy

(Microscopia a Sonda a Scansione)(Microscopia a Sonda a Scansione)

Effetto TunnelEffetto TunnelLa corrente elettrica è trasportata in generale da particelle cariche (elettroni).La corrente elettrica è trasportata in generale da particelle cariche (elettroni).All’interno di materiali conduttori, come i metalli, gli elettroni hanno la possibilità di All’interno di materiali conduttori, come i metalli, gli elettroni hanno la possibilità di muoversi liberamente sotto l’azione di una tensione applicata.muoversi liberamente sotto l’azione di una tensione applicata.Se si hanno due conduttori ravvicinati, tra cui è imposta una tensione Se si hanno due conduttori ravvicinati, tra cui è imposta una tensione VV, lo spazio non , lo spazio non conduttore tra di essi costituisce una barriera per il passaggio di elettroni (corrente).conduttore tra di essi costituisce una barriera per il passaggio di elettroni (corrente).

Tuttavia se la separazione tra I due conduttori Tuttavia se la separazione tra I due conduttori è molto piccola (< 10 è molto piccola (< 10 m), c’è una certa m), c’è una certa probabilità che gli elettroni possano probabilità che gli elettroni possano PASSARE ATTRAVERSO LA BARRIERAPASSARE ATTRAVERSO LA BARRIERA dando luogo a un flusso di corrente dando luogo a un flusso di corrente II(effetto Tunnel)(effetto Tunnel)

SE SI ELIMINA LA BARRIERA,PASSA CORRENTE

La probabilità di passaggio di un La probabilità di passaggio di un elettrone diminuisce esponenzialmente elettrone diminuisce esponenzialmente al crescere della separazione al crescere della separazione dd tra i tra i due conduttori (Fowler – Nordheim):due conduttori (Fowler – Nordheim):

II ( (VV22 / / dd22) exp(-) exp(-dd / / VV))2 4 6 8 10 12 14

DISTANZA d (nm)

CO

RR

ENTE

I

Applicazione dell’effetto Tunnel: STMApplicazione dell’effetto Tunnel: STMSe si mantiene costante la tensione Se si mantiene costante la tensione VV tra i due conduttori, tra i due conduttori,■ ■ Aumentando la loro distanza, diminuisce la corrente Aumentando la loro distanza, diminuisce la corrente II■ ■ Diminuendo la loro distanza, aumenta la corrente Diminuendo la loro distanza, aumenta la corrente II

Se si conosce come varia la corrente tra i due conduttori in funzione della loro Se si conosce come varia la corrente tra i due conduttori in funzione della loro distanza, alloradistanza, alloramisurando la corrente misurando la corrente II si può ottenere una misura precisa della distanza. si può ottenere una misura precisa della distanza.

Perchè non applicare questo effetto in microscopia?Perchè non applicare questo effetto in microscopia?

Se uno dei due conduttori è una punta di dimensioni piccolissime, tenuta separata dalla Se uno dei due conduttori è una punta di dimensioni piccolissime, tenuta separata dalla superficie di un campione conduttivo,superficie di un campione conduttivo,misurando la corrente circolante per effetto Tunnel si può conoscere la distanza della misurando la corrente circolante per effetto Tunnel si può conoscere la distanza della punta dal punto del campione immediatamente sottostantepunta dal punto del campione immediatamente sottostante

PUNTA METALLICA

CAMPIONE CONDUTTIVO

1 2Si può eseguire una scansione (in modo Si può eseguire una scansione (in modo analogo al SEM) facendo muovere lateralmente analogo al SEM) facendo muovere lateralmente la punta sopra il campione e misurando la la punta sopra il campione e misurando la corrente per ogni posizione della punta:corrente per ogni posizione della punta:■ ■ Posizione 1: piccola Posizione 1: piccola dd, grande corrente, grande corrente■ ■ Posizione 2: grande Posizione 2: grande dd, piccola corrente, piccola correnteSU QUESTO PRINCIPIO SI BASA IL SU QUESTO PRINCIPIO SI BASA IL MICROSCOPIO STM (SCANNING TUNNEL MICROSCOPIO STM (SCANNING TUNNEL MICROSCOPE)MICROSCOPE)

STM: punte per alta risoluzioneSTM: punte per alta risoluzioneCon la tecnica STM si possono ottenere eccezionali risoluzioni (fino al limite della Con la tecnica STM si possono ottenere eccezionali risoluzioni (fino al limite della risoluzione atomica!) perchè vengono utilizzate punte di dimensione ridottissima, in cui risoluzione atomica!) perchè vengono utilizzate punte di dimensione ridottissima, in cui solo gli atomi terminali interagiscono col campione. Inoltre, per rilevare correttamente solo gli atomi terminali interagiscono col campione. Inoltre, per rilevare correttamente profili molto rugosi, è necessario che la punta sia molto affilata.profili molto rugosi, è necessario che la punta sia molto affilata.

Una punta per microscopia STM è caratterizzata da:Una punta per microscopia STM è caratterizzata da:

■■ Raggio di curvatura estremamente piccoloRaggio di curvatura estremamente piccolo

■■ Grande affilatezzaGrande affilatezza

■■ Buona conducibilità elettricaBuona conducibilità elettrica

■■ Buona stabilità chimica all’ariaBuona stabilità chimica all’aria

È abbastanza intuitivo che dei buoni candidati per la realizzazione di punte per STM È abbastanza intuitivo che dei buoni candidati per la realizzazione di punte per STM siano i metalli, che infatti sono stati I primi materiali ad essere usati a questo scopo.siano i metalli, che infatti sono stati I primi materiali ad essere usati a questo scopo.

Metalli comunemente usati per la realizzazione di punte:Metalli comunemente usati per la realizzazione di punte:

■■ TungstenoTungsteno

■■ OroOro

■■ Platino – IridioPlatino – Iridio

STM: punte per alta risoluzioneSTM: punte per alta risoluzione

È possibile realizzare una punta È possibile realizzare una punta conica affilata corrodendo conica affilata corrodendo elettrochimicamente un filo di elettrochimicamente un filo di tungstenotungsteno (W) (W)

Con questa tecnica si realizzano Con questa tecnica si realizzano agevolmente raggi di curvatura di agevolmente raggi di curvatura di 80 nm80 nm

Un procedimento analogo si può Un procedimento analogo si può utilizzare per realizzare punte di utilizzare per realizzare punte di platino iridioplatino iridio (Pt – Ir) (Pt – Ir)

Nell’immagine:Nell’immagine:

Punta ottenuta mediante un Punta ottenuta mediante un processo di attacco elettrochimico processo di attacco elettrochimico con CaClcon CaCl22 + H + H22O + CHO + CH33COCHCOCH33 , ,

con raggio di curvatura di 20 nm con raggio di curvatura di 20 nm e angolo di apertura del cono di e angolo di apertura del cono di 20° 20°

STM: punte per alta risoluzioneSTM: punte per alta risoluzione

Le punte per STM vengono realizzate anche in Le punte per STM vengono realizzate anche in orooro. . Si può utilizzare un procedimento di attacco Si può utilizzare un procedimento di attacco elettrochimico in soluzione acquosa di KCNelettrochimico in soluzione acquosa di KCN

Nell’immagine:Nell’immagine:

Punta di oro con raggio di curvatura di circa 5 nm e Punta di oro con raggio di curvatura di circa 5 nm e apertura minore di 30°apertura minore di 30°

STM: punte per alta risoluzioneSTM: punte per alta risoluzione

Un Un nanotubo di carbonionanotubo di carbonio (CNT) (CNT) multiwalledmultiwalled, , preparato mediante scarica elettrica in una preparato mediante scarica elettrica in una atmosfera di gas, può essere fissato atmosfera di gas, può essere fissato sull’estremità di una punta di tungsteno, sull’estremità di una punta di tungsteno, facendo depositare all’interfaccia del facendo depositare all’interfaccia del carbonio amorfo.carbonio amorfo.

Il nanotubo può avere un diametro di soli 5 Il nanotubo può avere un diametro di soli 5 nm, e il raggio di curvatura della parte nm, e il raggio di curvatura della parte terminale può essere anche minoreterminale può essere anche minore

CON QUESTO TIPO DI PUNTE È POSSIBILE CON QUESTO TIPO DI PUNTE È POSSIBILE REALIZZARE IMMAGINI CON LA RISOLUZIONE REALIZZARE IMMAGINI CON LA RISOLUZIONE DEL SINGOLO ATOMO!DEL SINGOLO ATOMO!

Nell’immagine:Nell’immagine:

Superficie di un cristallo di silicio con orientazione Superficie di un cristallo di silicio con orientazione (111). Si può distinguere la posizione dei singoli atomi (111). Si può distinguere la posizione dei singoli atomi di silicio arrangiati su simmetria esagonaledi silicio arrangiati su simmetria esagonale

STM: il metodo di scansioneSTM: il metodo di scansioneCome è possibile muovere la punta del microscopio STM lateralmente con grandissima Come è possibile muovere la punta del microscopio STM lateralmente con grandissima precisione?precisione?

La punta del microscopio è fissata su un trasduttore piezoelettrico di posizione, La punta del microscopio è fissata su un trasduttore piezoelettrico di posizione, realizzato con un cristallo piezoelettrico (PZT)realizzato con un cristallo piezoelettrico (PZT)

La parola “piezoelettrico” deriva dal greco “La parola “piezoelettrico” deriva dal greco “piezenpiezen”, deformare e d”, deformare e designa una esigna una caratteristica fisica di alcuni cristalli:caratteristica fisica di alcuni cristalli:

Il cristallo piezoelettrico ha la proprietà di deformarsi leggermente, di una quantità ben Il cristallo piezoelettrico ha la proprietà di deformarsi leggermente, di una quantità ben determinata, quando gli viene applicata una tensione determinata, quando gli viene applicata una tensione VV . .La deformazione (allungamento del cristallo) è proporzionale alla tensione applicata e La deformazione (allungamento del cristallo) è proporzionale alla tensione applicata e può essere controllata con la precisione di pochi Angstrom.può essere controllata con la precisione di pochi Angstrom.

ALLUNGAMENTO

PZT

PUNTA

TENSIONE V

Cristalli piezoelettriciCristalli piezoelettrici

Pierre Curie, insieme al fratello Paul-Jacques, intorno al 1880 scopre l’effetto Pierre Curie, insieme al fratello Paul-Jacques, intorno al 1880 scopre l’effetto piezoelettrico (diretto).piezoelettrico (diretto).

L’effetto è reversibile (effetto piezoelettrico inverso)L’effetto è reversibile (effetto piezoelettrico inverso)

Cristalli piezoelettriciCristalli piezoelettriciSebbene il più comune cristallo piezoelettrico sia il quarzo,Sebbene il più comune cristallo piezoelettrico sia il quarzo,per realizzare trasduttori di posizione piezoelettrici si usano in genere Titanati di Bario per realizzare trasduttori di posizione piezoelettrici si usano in genere Titanati di Bario (BaTiO(BaTiO33) o i cosiddetti PZT (da Piombo – Zirconio – Titanio, soluzioni solide di ) o i cosiddetti PZT (da Piombo – Zirconio – Titanio, soluzioni solide di PbZrOPbZrO33

e PbTiOe PbTiO33).).

Come sono fatti e come funzionano?Come sono fatti e come funzionano?

Esempio di struttura cristallina del Titanato di Bario:Esempio di struttura cristallina del Titanato di Bario:

T > Tc : CELLA CUBICA T < Tc : CELLA TETRAGONALE

Ti 4+

Ba 2+

O 2-

Deformazione dei cristalli piezoelettriciDeformazione dei cristalli piezoelettrici

++++

– – – – – –

++++

– – – – – –

++++

– – – – – –

– – – – – – –

+ + + + + + +

– – – – – – –

+ + + + + + +

Microscopio ed ElaboratoreMicroscopio ed ElaboratoreNel microscopio STM, come del resto in molti tipi di moderni microscopi, la procedura Nel microscopio STM, come del resto in molti tipi di moderni microscopi, la procedura di analisi della superficie di un campione è gestita mediante un di analisi della superficie di un campione è gestita mediante un elaboratore elettronicoelaboratore elettronico

ELABORATORE ELETTRONICO

CONTROLLO DELLA SCANSIONE

ALGORITMI DI FILTRAGGIO, DI MODIFICA E DI ANALISI DELLA MAPPA DIGITALE DELLA SUPERFICIE

MEMORIA

CONVERTITOREA / D

CONTROLLO DELLA CONVERSIONE

MEMORIZZAZIONE DELLA MAPPA DIGITALE

AMPLIFICATORE

Alta risoluzione verticale in STMAlta risoluzione verticale in STM

Il microscopio STM è dotato di grande risoluzione laterale in quanto un grande Il microscopio STM è dotato di grande risoluzione laterale in quanto un grande sforzo tecnologico è stato perseguito per realizzare punte di scansione di dimensioni sforzo tecnologico è stato perseguito per realizzare punte di scansione di dimensioni opportune.opportune.Inoltre, un controllo estremamente preciso della traslazione laterale della punta Inoltre, un controllo estremamente preciso della traslazione laterale della punta durante la scansione della superficie del campione è ottenibile sfruttando le durante la scansione della superficie del campione è ottenibile sfruttando le proprietà dei materiali piezoelettrici.proprietà dei materiali piezoelettrici.

A fronte della grande risoluzione laterale, la microscopia STM consente di ottenere A fronte della grande risoluzione laterale, la microscopia STM consente di ottenere una elevata risoluzione verticale grazie alla particolare dipendenza esponenziale una elevata risoluzione verticale grazie alla particolare dipendenza esponenziale della corrente di Tunnel dalla separazione punta – campione.della corrente di Tunnel dalla separazione punta – campione.

0.2 0.4 0.6 0.8 1

CO

RR

ENTE

DI T

UN

NEL

DISTANZAPUNTA-SUPERFICIE

A un dato errore, relativo A un dato errore, relativo alla misura della corrente di alla misura della corrente di tunnel, corrisponde un tunnel, corrisponde un errore percentuale molto errore percentuale molto minore sulla corrispondente minore sulla corrispondente elevazione calcolata del elevazione calcolata del punto del campione punto del campione sottostante la puntasottostante la punta

Superare i limiti dello STMSuperare i limiti dello STM

Il microscopio STM è uno strumento estremamente sensibile, in grado di realizzare Il microscopio STM è uno strumento estremamente sensibile, in grado di realizzare immagini tridimensionali con una risoluzione di pochi Ångstrom.immagini tridimensionali con una risoluzione di pochi Ångstrom.

Non necessita di particolari preparazioni del campione e può operare in condizioni Non necessita di particolari preparazioni del campione e può operare in condizioni ambientali di temperatura e di pressione.ambientali di temperatura e di pressione.In partricolare, al contrario del microscopio a scansione elettronica, non necessita di In partricolare, al contrario del microscopio a scansione elettronica, non necessita di lavorare in alto vuoto, perchè lo spazio che devono percorrere gli elettroni per lavorare in alto vuoto, perchè lo spazio che devono percorrere gli elettroni per raggiungere la punta (pochi nanometri) è brevissimo se confrontato con le raggiungere la punta (pochi nanometri) è brevissimo se confrontato con le corrispondenti lunghezze tipiche del microscopio SEM (decine di centimetri).corrispondenti lunghezze tipiche del microscopio SEM (decine di centimetri).

La limitazione del microscopio STM consiste nel poter analizzare solo superfici di La limitazione del microscopio STM consiste nel poter analizzare solo superfici di materiali elettricamente conduttori o semiconduttori:materiali elettricamente conduttori o semiconduttori:Questo è necessario perchè per sostenere l’emissione tunnel di elettroni dalla Questo è necessario perchè per sostenere l’emissione tunnel di elettroni dalla superficie del campione, al suo interno deve scorrere una corrente.superficie del campione, al suo interno deve scorrere una corrente.

È POSSIBILE CONCEPIRE UNA TECNICA DI ANALISI MICROSCOPICA CHE È POSSIBILE CONCEPIRE UNA TECNICA DI ANALISI MICROSCOPICA CHE FORNISCA GLI STESSI VANTAGGI DELLO STM, MA CHE NON SIA LIMITATO FORNISCA GLI STESSI VANTAGGI DELLO STM, MA CHE NON SIA LIMITATO DALLE PROPRIETÀ ELETTRONICHE DEL MATERIALE DA ANALIZZARE?DALLE PROPRIETÀ ELETTRONICHE DEL MATERIALE DA ANALIZZARE?

Le interazioni atomicheLe interazioni atomicheFORZA ATTRATTIVA DI VAN DER WAALSFORZA ATTRATTIVA DI VAN DER WAALS

Se si considera una porzione di materiale globalmente neutro, cioè non carico Se si considera una porzione di materiale globalmente neutro, cioè non carico elettricamente, si deve tenere presente che localmente, su scala atomica, sono in elettricamente, si deve tenere presente che localmente, su scala atomica, sono in realtà sempre presenti dei dipoli elettrici realtà sempre presenti dei dipoli elettrici pp (addensamenti di carica positiva e negativa (addensamenti di carica positiva e negativa in posizioni diverse ma vicine) a causa di:in posizioni diverse ma vicine) a causa di:

■■ Possibili asimmetrie dei legami chimici Possibili asimmetrie dei legami chimici tra gli atomi (molecole polari)tra gli atomi (molecole polari)

■■ Fluttuazioni della posizione degli Fluttuazioni della posizione degli elettroni intorno al nucleo dell’atomoelettroni intorno al nucleo dell’atomo(ad esempio, dovute alla temperatura)(ad esempio, dovute alla temperatura)

p

p

Quando un materiale, in cui sono presenti dipoli Quando un materiale, in cui sono presenti dipoli p1p1 di questo tipo, viene posto in prossimità di un di questo tipo, viene posto in prossimità di un altro materiale, su quest’ultimo vengono altro materiale, su quest’ultimo vengono indottiindotti dei dipoli dei dipoli p2p2..L’interazione dipolo – dipolo indotto si manifesta L’interazione dipolo – dipolo indotto si manifesta sempre come una forza attrattiva, nota come sempre come una forza attrattiva, nota come forza di van der Waalsforza di van der Waals

p1

p2DIPOLO INDOTTO

DIPOLO

Le interazioni atomicheLe interazioni atomicheFORZA REPULSIVA ELETTRONE – ELETTRONEFORZA REPULSIVA ELETTRONE – ELETTRONE

Sebbene due generiche porzioni di materia vengano attratte dalle forze di van der Sebbene due generiche porzioni di materia vengano attratte dalle forze di van der Waals, quando esse giungono a distanze estremamente piccole diventa dominante Waals, quando esse giungono a distanze estremamente piccole diventa dominante l’interazione tra gli elettroni che circondano i nuclei degli atomi.l’interazione tra gli elettroni che circondano i nuclei degli atomi.I “gusci elettronici esterni” degli atomi di ciascuno dei due materiali tendono a I “gusci elettronici esterni” degli atomi di ciascuno dei due materiali tendono a respingersi (chiaramente, due solidi non si compenetrano)respingersi (chiaramente, due solidi non si compenetrano)

FORZA COMPLESSIVAFORZA COMPLESSIVA

La forza di van der Waals e quella di La forza di van der Waals e quella di repulsione elettronica sono le repulsione elettronica sono le principali responsabili dell’interazione principali responsabili dell’interazione tra atomi e molecole sature.tra atomi e molecole sature.

Se si indica con Se si indica con dd la distanza tra due la distanza tra due atomi saturi, l’interazione è descritta atomi saturi, l’interazione è descritta dalla Forza di Lennard – Jones:dalla Forza di Lennard – Jones:

FF ( (ddeeee / / dd))1212 – ( – (ddvdwvdw / / dd))66

0.2 0.4 0.6 0.8 1

ELETTRONE - ELETTRONE

VAN DER WAALS

FOR

ZA

ATT

RA

TTIV

AFO

RZA

R

EPU

LSIV

ASEPARAZIONE TRA I DUE ATOMI

Microscopio a forza atomica: AFMMicroscopio a forza atomica: AFMUna forza di tipo Lennard – Jones si instaura non solo tra due atomi isolati, ma tra due Una forza di tipo Lennard – Jones si instaura non solo tra due atomi isolati, ma tra due qualsiasi materiali.qualsiasi materiali.L’espressione di Lennard – Jones fornisce una dipendenza di una quantità fisica L’espressione di Lennard – Jones fornisce una dipendenza di una quantità fisica misurabile (forza) dalla distanza tra una sonda e un materiale, allo stesso modo in cui misurabile (forza) dalla distanza tra una sonda e un materiale, allo stesso modo in cui l’equazione di Fowler – Nordheim fornisce la dipendenza di una corrente di tunnel dalla l’equazione di Fowler – Nordheim fornisce la dipendenza di una corrente di tunnel dalla distanza tra sonda STM e campionedistanza tra sonda STM e campione

Dunque la distanza tra una punta e il campione sottostante può essere valutata Dunque la distanza tra una punta e il campione sottostante può essere valutata misurando la forza agente sulla punta stessa:misurando la forza agente sulla punta stessa:Questo è il principio del microscopio a forza atomica (AFM)Questo è il principio del microscopio a forza atomica (AFM)

Il microscopio AFM è Il microscopio AFM è strutturalmente identico a un strutturalmente identico a un

microscopio STM, tranne per il fatto microscopio STM, tranne per il fatto che non necessita di un passaggio che non necessita di un passaggio di corrente tra punta e campione.di corrente tra punta e campione.

La punta stessa è montata su un La punta stessa è montata su un supporto speciale che consente di supporto speciale che consente di

misurare la forza a cui è sottoposta.misurare la forza a cui è sottoposta.

Non sussiste più il limite Non sussiste più il limite di dover analizzare solo di dover analizzare solo campioni conduttivicampioni conduttivi

Forze agenti tra una punta e una Forze agenti tra una punta e una superficiesuperficie

FOR

ZA

ATT

RA

TTIV

AFO

RZA

R

EPU

LSIV

A

SEPARAZIONE TRA SONDA E CAMPIONE

CONTATTO TRA SONDA E CAMPIONE

Usualmente, le forze agenti tra una punta e una superficie sono diverse nei Usualmente, le forze agenti tra una punta e una superficie sono diverse nei casi in cui la punta è in avvicinamento o in allontanamento da essa.casi in cui la punta è in avvicinamento o in allontanamento da essa.

La differenza delle misure effettuate permette di valutare leLa differenza delle misure effettuate permette di valutare le forze di adesione forze di adesione

Microscopio a forza atomica: AFMMicroscopio a forza atomica: AFM

La forza applicata al suporto La forza applicata al suporto elastico tramite la punta elastico tramite la punta produce una deformazione del produce una deformazione del supporto, di un angolo supporto, di un angolo , che , che con buona approssimazione è con buona approssimazione è proporzionale a proporzionale a FF::

FF

PUNTA AFM

FORZA F

SUPPORTO ELASTICO

Nel modo operativo Nel modo operativo considerato, la punta considerato, la punta è posta molto vicino è posta molto vicino al campione, in al campione, in modo che predomini modo che predomini la forza di repulsione la forza di repulsione tra elettroni.tra elettroni.

Si fa incidere un raggio laser, proveniente da Si fa incidere un raggio laser, proveniente da una direzione fissa una direzione fissa , sulla parte superiore del , sulla parte superiore del supporto elasticosupporto elastico

La deformazione del supporto è valutabile La deformazione del supporto è valutabile osservando lo spostamento del raggio laser osservando lo spostamento del raggio laser riflessoriflesso

Un rivelatore di posizione genera un segnale Un rivelatore di posizione genera un segnale elettrico proporzionale allo spostamento del elettrico proporzionale allo spostamento del fascio laser riflessofascio laser riflesso

RAGGIO LASER

RIVELATORE DI POSIZIONE

V

–

AFM – modalità “altezza costante”AFM – modalità “altezza costante”

Durante una scansione, se si mantiene il punto Durante una scansione, se si mantiene il punto VV a una altezza costante, le a una altezza costante, le deformazioni del supporto seguono il profilo della superficie analizzata.deformazioni del supporto seguono il profilo della superficie analizzata.

RILIEVI SULLA SUPERFICIE DEL

CAMPIONE

FORZA AGENTE SULLA PUNTA

DEFORMAZIONE DEL SUPPORTO

SPOSTAMENTO ANGOLARE DEL

RAGGIO RIFLESSO

GENERAZIONE DI UNA CORRENTE

CORRISPONDENTE

La corrente in uscita dal rivelatore di posizione La corrente in uscita dal rivelatore di posizione del fasciodel fascio, che varia durante la , che varia durante la scansione dipendentemente dalla forza agente sulla punta, può quindi essere scansione dipendentemente dalla forza agente sulla punta, può quindi essere utilizzata per generare un’immagine della superficie del campione, come nella utilizzata per generare un’immagine della superficie del campione, come nella microscopia tunnel.microscopia tunnel.

Questo metodo di acquisizione delle immagini fornisce una mappa fedele e lineare del Questo metodo di acquisizione delle immagini fornisce una mappa fedele e lineare del profilo della superficie del campione fintanto che le deformazioni del supporto si profilo della superficie del campione fintanto che le deformazioni del supporto si mantengono piccolemantengono piccole

AFM – modalità “forza costante”AFM – modalità “forza costante”Se si fa in modo che la forza agente sulla punta sia costante durante la scansione, è Se si fa in modo che la forza agente sulla punta sia costante durante la scansione, è possibile acquisire una mappa più fedele del profilo del campione.possibile acquisire una mappa più fedele del profilo del campione.Mantenere costante tale forza equivale a mantenere costante la posizione del fascio Mantenere costante tale forza equivale a mantenere costante la posizione del fascio riflesso (posizione ‘0’) sul rivelatore di posizione.riflesso (posizione ‘0’) sul rivelatore di posizione.Per fare questo è necessario muovere il punto di ancoraggio Per fare questo è necessario muovere il punto di ancoraggio VV del supporto in del supporto in direzione verticale, facendogli seguire punto per punto il profilo verticale del campione.direzione verticale, facendogli seguire punto per punto il profilo verticale del campione.Questo può essere fatto mediante un altro traslatore piezoelettrico (PZT) che si Questo può essere fatto mediante un altro traslatore piezoelettrico (PZT) che si deforma in direzione verticale.deforma in direzione verticale.

RAGGIO LASER

RIVELATORE DI POSIZIONE

V

PZT ‘z’

CAMPIONE

posizione ‘0’

PROFILO DEL CAMPIONE

AGGIUSTAMENTO PZT ‘z’

POSIZIONE DEL FASCIO RIFLESSO

AGGIUSTAMENTO DEL PUNTO V IN MANIERA CHE LA POSIZIONE DEL

FASCIO RIFLESSO SIA ‘0’

‘RET

RO

AZI

ON

E’A B

L’immagine è formata dalla L’immagine è formata dalla memorizzazione delle posizioni che sono memorizzazione delle posizioni che sono

state imposte al supporto della punta state imposte al supporto della punta durante la scansionedurante la scansione

AFM – la punta e il supporto elasticoAFM – la punta e il supporto elastico

Al contrario del microscopio STM, la punta dell’AFM, che deve lavorare a contatto col Al contrario del microscopio STM, la punta dell’AFM, che deve lavorare a contatto col campione, deve possedere particolari campione, deve possedere particolari requisiti di durezzarequisiti di durezza..

I materiali maggiormente utilizzati per la realizzazione della punta sono:I materiali maggiormente utilizzati per la realizzazione della punta sono:

■■ Nitruro di silicio (SiNitruro di silicio (Si33NN44))

■■ DiamanteDiamante

Materiale del supporto: Materiale del supporto: silicio, o stesso materiale silicio, o stesso materiale della punta.della punta.

Lunghezza del supporto:Lunghezza del supporto:100 ~ 400 100 ~ 400 mm

Lunghezza della punta:Lunghezza della punta:2 ~ 10 2 ~ 10 mm

IL SUPPORTO VIENE IN GENERE IL SUPPORTO VIENE IN GENERE RICOPERTO DI ORO PER RICOPERTO DI ORO PER AUMENTARNE LA RIFLETTIVITÀAUMENTARNE LA RIFLETTIVITÀ

Le punte AFMLe punte AFM

Punta in diamante per AFM realizzate depositando diamante con la tecnica HFCVD Punta in diamante per AFM realizzate depositando diamante con la tecnica HFCVD in trincee piramidali realizzate su silicio.in trincee piramidali realizzate su silicio.

■■ Apertura angolare della punta: 70.5°Apertura angolare della punta: 70.5°

■■ Raggio di curvatura della punta: 15 nmRaggio di curvatura della punta: 15 nm

Le punte AFMLe punte AFM

Punta per AFM in Si3N4 cresciuto su silicio (MikroMasch).Punta per AFM in Si3N4 cresciuto su silicio (MikroMasch).

■■ Altezza tipica della punta: 20 Altezza tipica della punta: 20 mm

■■ Apertura angolare della punta: 20°Apertura angolare della punta: 20°

■■ Raggio di curvatura della punta: < 10 nmRaggio di curvatura della punta: < 10 nm

Binnig e RoherBinnig e Roher

Gerd Binnig e Heinrich Rohrer sono gli Gerd Binnig e Heinrich Rohrer sono gli ideatori del microscopio STM.ideatori del microscopio STM.

Vinsero il premio Nobel per la fisica nel Vinsero il premio Nobel per la fisica nel 1986, anno in cui Binnig sviluppò il 1986, anno in cui Binnig sviluppò il microscopio AFM.microscopio AFM.

Risoluzione atomica della microscopia Risoluzione atomica della microscopia SPMSPM

Immagine di un piano di grafite altamente orientata ottenuta mediante un microscopio Immagine di un piano di grafite altamente orientata ottenuta mediante un microscopio STM. Analoga risoluzione si ottiene con il microscopio AFM.STM. Analoga risoluzione si ottiene con il microscopio AFM.I rilievi chiari corrispondono ai singoli atomi di carbonio e sono separati da una distanza I rilievi chiari corrispondono ai singoli atomi di carbonio e sono separati da una distanza di 3.35 Å. È ben distinguibile la cella esagonale del cristallo.di 3.35 Å. È ben distinguibile la cella esagonale del cristallo.

Applicazioni – manipolazione di Applicazioni – manipolazione di nanostrutturenanostrutture

Il microscopio SPM (STM e AFM) ha la caratteristica di interagire col campione Il microscopio SPM (STM e AFM) ha la caratteristica di interagire col campione mediante una sonda solida, che può produrre azioni meccaniche su di esso.mediante una sonda solida, che può produrre azioni meccaniche su di esso.Questa particolarità consente di aprire nuove frontiere tecnologiche perchè dà la Questa particolarità consente di aprire nuove frontiere tecnologiche perchè dà la possibilità di possibilità di manipolare singoli atomi.manipolare singoli atomi.

Nel 1990 D. M. Eigler e E. K. Schweizer produssero la scritta “IBM” utilizzando 35 Nel 1990 D. M. Eigler e E. K. Schweizer produssero la scritta “IBM” utilizzando 35 atomi di Xeno su un substrato di Nichel, utilizzando un microscopio STM.atomi di Xeno su un substrato di Nichel, utilizzando un microscopio STM.

Manipolazione di atomi di XenoManipolazione di atomi di Xeno

COME È POSSIBILE MUOVERE GLI ATOMI?COME È POSSIBILE MUOVERE GLI ATOMI?

Eigler e Eigler e Schweizer depositarono atomi di Xeno (che è un gas nobile e quindi non Schweizer depositarono atomi di Xeno (che è un gas nobile e quindi non forma legami) su un substrato di Nichel. Naturalmente questi atomi erano disposti forma legami) su un substrato di Nichel. Naturalmente questi atomi erano disposti casualmente sulla superficie, mantenuta a -270°C in maniera da impedire agli atomi di casualmente sulla superficie, mantenuta a -270°C in maniera da impedire agli atomi di Xeno di muoversi.Xeno di muoversi.

Per spostare un atomo, la punta STM viene abbassata fino ad arrivare in prossimità di Per spostare un atomo, la punta STM viene abbassata fino ad arrivare in prossimità di esso. Le forze di van der Waals agiscono sia tra punta-Xeno che tra Xeno-Nichel. esso. Le forze di van der Waals agiscono sia tra punta-Xeno che tra Xeno-Nichel. Allorchè la punta viene spostata lateralmente (come per eseguire una scansione), Allorchè la punta viene spostata lateralmente (come per eseguire una scansione), l’atomo di Xeno la segue in quanto la forza di van der Waals tende a farlo rimanere in l’atomo di Xeno la segue in quanto la forza di van der Waals tende a farlo rimanere in prossimità della punta. L’atomo può quindi essere posizionato arbitrariamente.prossimità della punta. L’atomo può quindi essere posizionato arbitrariamente.

PUNTA STM

XENO

NICHEL

ATTRAZIONE XENO-PUNTA

ATTRAZIONE XENO-NICHEL

SPOSTAMENTO

Applicazioni – manipolazione di atomi di Applicazioni – manipolazione di atomi di siliciosilicio

La possibilità, offerta dal microscopio La possibilità, offerta dal microscopio AFM, di manipolare atomi può trovare AFM, di manipolare atomi può trovare applicazione nella realizzazione di applicazione nella realizzazione di memorie ad altissima densità.memorie ad altissima densità.

Un singolo bit di informazione (1 oppure Un singolo bit di informazione (1 oppure 0) può essere memorizzato in una 0) può essere memorizzato in una coppia di atomi di una superficie di coppia di atomi di una superficie di silicio, la cui posizione può essere silicio, la cui posizione può essere modificata per mezzo della punta di un modificata per mezzo della punta di un microscopio AFM.microscopio AFM.

Trattamento delle immaginiTrattamento delle immagini

Una colorazione a ‘Una colorazione a ‘falsi falsi coloricolori’ può essere ’ può essere adottata per la resa adottata per la resa dell’immagine dell’immagine tridimensionale.tridimensionale.

Nell’immagine:Nell’immagine:

Immagine AFM della Immagine AFM della superficie policristallina di superficie policristallina di un diamante HFCVD un diamante HFCVD ottenuto presso il CNR-ottenuto presso il CNR-IMIP di MontelibrettiIMIP di Montelibretti

L’immagine può essere sottoposta ad analisi numeriche e matematiche per L’immagine può essere sottoposta ad analisi numeriche e matematiche per evidenziare particolari caratteristiche del campione quali:evidenziare particolari caratteristiche del campione quali:

■■ La rugositàLa rugosità

■■ L’individuazione dei singoli graniL’individuazione dei singoli grani

■■ Le orientazioni cristallograficheLe orientazioni cristallografiche

Trattamento delle immaginiTrattamento delle immagini

Nell’immagine:Nell’immagine:

Immagine AFM della Immagine AFM della superficie policristallina di superficie policristallina di un diamante HFCVD un diamante HFCVD ottenuto presso il CNR-ottenuto presso il CNR-IMIP di MontelibrettiIMIP di Montelibretti

L’immagine può essere sottoposta ad analisi numeriche e matematiche per L’immagine può essere sottoposta ad analisi numeriche e matematiche per evidenziare particolari caratteristiche del campione quali:evidenziare particolari caratteristiche del campione quali:

■■ La rugositàLa rugosità

■■ L’individuazione dei singoli graniL’individuazione dei singoli grani

■■ Le orientazioni cristallograficheLe orientazioni cristallografiche