云母和石墨表面结构的激光检测原子力显微镜研究*

吴浚瀚  成英俊  戴长春  黄桂珍  谢有畅  龚立三  白春礼**

(中国科学院化学研究所,北京100080;①华南师范大学分子生物工程研究中心,广州 510631;②北京大学化学系,北京 100871

关键词    云母、石墨、表面结构、激光检测、AFM

1986年,Binnig等人研制成功第一台原子力显微镜(AFM[1]。和STM不同,AFM不受徉品导电性的限制,因而其应用领域更为广阔。1988年,国外开始对AFM进行改进,研制出激光检测原子力显微镜(Laser-AFM[2-4]1989年,国外的Laser-AFM达到了原子级分辨率[4]。目前,AFM已发展成为一种十分重要的表面分析仪器。

我们在已有的STMAFM基础上[5-6],又成功地研制出国内第一台全自动Laser-AFM,达到了原子级分辫率.

云母是一种天然的层状矿物,具有很好的绝缘性和导热性,化学性质稳定,能十分方便地解理而得到清洁的表面,同时由于其解理面上的原子排列成特征性的六方环结构,因而常用来检测AFM的性能,此外,由于云母解理面的缺陷少,容易得到较大的平整范围,因此它也是AFM研究吸附样品时最常用的基底。由于云母的绝缘性,STM检测时需先在其表面蒸镀金属膜,无法直接得到其表面形貌。

1是我们用Laser-AFM所得到的云母表面具有六方环特征结构的形貌灰度图[7]。从图1中可以得到相邻两个六方环结构的中心距为0.51nm,结果与晶体衍射数据基本吻合。

云母表面形貌的灰度图(3nm×3nm 石墨表面三维图象(1nm×1nm

                  

        

石墨是由碳原子构成的一种层状晶体,图2为我们得到的高定向裂解石墨(HOPG)表面三维图象。从图中可分辨出AC位原子,其相邻两个A位原子间距离为0.25nm,这与晶体衍射和STM所得结果相同。

此外,利用该Laser-AFM,我们还得到了磁光盘预刻槽和在云母表面上吸附的烟草花叶病毒(TMV)、多肽及由聚苯乙烯乳胶颗粒(PSt latex particles)形成的类似二维晶体结构图象。

参考文献

[1]  Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, Ch., Phys. Rev. Lett., 1986, 56: 930-933.

[2]  Amer, N. M., Meyer, G., Bull. Am. Phys. Soc., 1988, 33: 319-323.

[3]  Meyer, G., Amer, N. M., Appl. Phys. Lett., 1988, 53: 1045-1017.

[4]  Alexander, S., Hellemans, L., Marti, O. et al., J. Appl. Phys., 1989, 65: 164-167.

[5]  白春礼,科学通报,1989346):399-400.

[6]  白春礼,中国科学院院刊,1990,(5):340-343.

[7]  Hartman, H., Sposito, G., Yang, A. et al., Clays and Clay Minerals, 1990, 38: 337-342.

 

中国科学院“八五”重大项目和中国科学院化学研究所所长基金资助项目。

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