НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Многофункциональные, комбинированные микроскопы ближнего поля и поверхностных сил

Д. Ван-дер-Вейде, Дж. Мердэй[19]

Оптическая микроскопия несколько столетий является одним из основных средств научных исследований. В середине XIX века был достигнут дифракци­онный предел разрешения оптического изображения (в видимой области спек­тра он составляет около 0,5 мкм). Развитие СТМ и АСМ в середине 1980-х гг. позволило повысить разрешающую способность на три порядка величины, од­нако у каждой разновидности микроскопов сохранились свои фундаменталь­ные физические ограничения на точность измерений. Для СТМ эти ограниче­ния связаны с физикой туннельных переходов или релаксационными процес­сами с участием инжектированных низкоэнергетических электронов. АСМ предоставляет более широкие возможности для исследования, поскольку чув­ствителен к действию разнообразных сил между щупом и подложкой (магнит­ных, кулоновских, дисперсионных, трения, ядерного отталкивания и т. д.). По­лучение оптических изображений при таких измерениях дополняет изображе­ния СТМ и АСМ.

Дифракция связана с эффектом излучения в дальнем поле, а микроскопия ближнего поля не ограничена дифракционным пределом, поскольку измере­ния производятся в непосредственной близости к поверхности образца. В не­которых вариантах сканирующей оптической микроскопии ближнего поля

Ilurtlivti., .НКОНОВЫЙ \

Экран \

Проводящий кремниевый щуп

Рис. 3.12. Антенный зонд ближнего поля [58] (© 1996 American Vacuum Society).

Используются очень малые апертуры и/или щуповые антенны. Разрешение изображения в видимом свете составляет ~ 10 нм.

Микроскопия ближнего поля не ограничивается видимой областью спект­ра. Недавние разработки объединили микроскопы ближнего поля с АСМ (рис. 3.12). Для этого внутри кронштейна АСМ монтируется миниатюрный коаксиальный кабель, заканчивающийся наноразмерным щупом. Такая сис­тема позволяет создать микрозонды без предельной частоты, в которых куло - новское взаимодействие ограничивается экраном. Микрозонды могут использоваться для одновременного исследования топографии поверхности (через силы) и переменных электрических полей (частотой до нескольких ГГц при использовании ближнего поля).

На рис. 3.13 показана полученная этим методом топология нелинейной пе­редающей линии длиной ~ 100 нм, а также форма волны напряжения, измеря­емого через каждые 30 пс в указанной на рисунке точке. Такой микрозонд с ан­тенной ближнего поля может работать в различных режимах (детектирование, возбуждение, отражение и передача) и позволяет исследовать разнообразные микрообъекты — от электронных схем с миллиметровыми волнами до нервных клеток.

ШШМяшшш

^штш

■■■ИГ

Рис. 3.14. СТМ-изображение красных кровяных телец.