Download hierboven de originele pdf van het examen waar deze opgave in staat en de bijbehorende uitwerkbijlage.
"Scanning tunneling microscoop (STM)" is de 6e opgave in dit examen. Als je de opgave gemaakt hebt kun je jezelf nakijken met het correctievoorschrift.
Hier vind je de goede antwoorden en de puntentelling.
Kom je er zelf niet uit? Dan kun je hieronder je vraag stellen.
Uitleg bij "Scanning tunneling microscoop (STM)"
Probeer altijd eerst zelf de opgave te maken en gebruik de uitleg alleen als je er zelf niet uitkomt. Als je ook na deze uitleg nog vragen hebt dan kun je deze helemaal onderaan deze pagina stellen.
Vraag 30
De lengte en breedte (x- en y-richting) van een atoom op figuur 1 is ongeveer 0,5 nm (er passen 4 atomen op 2 nm). De hoogte van atomen lijkt op de foto ongeveer de helft hiervan (0,25 nm). In het artikel staat dat het hoogte-reliëf in werkelijkheid niet groter is dan 0,025 nm. Dit is 10 keer kleiner dan de hoogte van de atomen in figuur 1. In figuur 1 is de z-as dus met een factor 10 opgerekt. Antwoord c is juist.
Vraag 31
In de opgave staat dat de tunnelstroom It tijdens het scannen constant gehouden wordt. Het tunneleffect, en daarmee ook de tunnelstroom, is extreem afhankelijk van de afstand d. Het constant houden van de tunnelstroom betekent dus dat de afstand d constant gehouden moet worden. Aangezien de atomen als 'hobbeltjes' opgevat kunnen worden betekent dit dat de naald opgetild moet worden als de naald van een plaats tussen twee atomen naar een plaats rechtboven een atoom beweegt.
Vraag 32
In de opgave staat dat de tunnelstroom It bij elke 0,1 nm afname een factor 10 toeneemt. Bij een toename van 0,1 nm neemt de tunnelstroom dus een factor 10 af. Bij 5 stapjes van 0,1 nm (0,5 nm) neemt de tunnelstroom dus 5 keer een factor 10 af en wordt 105 keer kleiner:
It = 2,0·10-9 / 105 = 2,0·10-14 A
Vraag 33
De STM meet met extreme gevoeligheid de afstand d tussen de scan-naald en het oppervlak. Als de STM niet trillingsvrij zou zijn opgehangen zou de kleinste trilling leiden tot een variatie in d die ten onrechte aan het preparaat zou worden toegeschreven en tot valse metingen leiden.
Vraag 34
Kamertemperatuur (≈ 20 °C) is gelijk aan 293 K. Invullen van de in de opgave gegeven formule geeft
Het tunneleffect ontstaat doordat een klein deel van de golffunctie van een deeltje zich uitstrekt tot aan de andere kant van een barriere. De golffunctie moet hiervoor 'breed' genoeg zijn en in ieder geval moet de golflengte lang genoeg zijn om over de afstand van de spleet (d) heen te reiken. Het tunneleffect zal dus alleen optreden als λB > d.
Vraag 35
Het systeem zorgt er automatisch voor dat het verschil tussen Ut en de referentiespanning Uref op nul gehouden wordt. Ut is direct evenredig met de tunnelstroom en dus met de afstand d. Met de referentiespanning kan de dus de (constante) scanhoogte (d) ingesteld worden waarmee het preparaat gescand wordt.
Een positieve waarde van UPZT betekent dat Ut > Uref. Dit betekent dat de tunnelstroom groter is geworden en dit komt weer omdat de afstand tussen de naald en het oppervlak (d) kleiner is geworden doordat de naald een hobbeltje is tegengekomen. Om deze afstand d weer op de ingestelde constante waarde te krijgen moet naald ietsje opgetild worden. Dit betekent dat het piëzo-element ietsje korter moet worden.
Na het optillen zal de afstand d weer toenemen en de tunnelstroom afnemen. Ut wordt dus kleiner net zolang tot het weer gelijk is aan Uref en het piëzo-element niet meer beweegt. Na elke hoogtecorrectie zullen UPZT en Uref weer gelijk worden.
Vraag 36
Bij een positieve spanning van de naald ten opzichte van het oppervlak worden de negatief geladen elektronen aangetrokken door de positief geladen naald en afgestoten door het negatieve oppervlak. De elektronen worden op deze manier een beetje 'geholpen' bij hun overgang van het oppervlak naar de naald.
De mate waarin het tunneleffect optreedt hangt niet alleen af van de breedte van een energiebarriere (hier: afstand d) maar ook van de hoogte. Het aanleggen van een positieve spanning verlaagt de energiebarriere en zorgt dat het tunneleffect eerder op zal treden.
Vraag over "Scanning tunneling microscoop (STM)"?
Hou mijn naam verborgen voor andere bezoekers
Sorry
: (
Als je een vraag wil stellen moet je eerst inloggen.
