Чудеса техники

Сканирующий зондовый микроскоп

Наиболее молодое и вместе с тем перспективное направление в исследовании свойств

Поверхности - сканирующая зондовая микроскопия. Зондовые микроскопы имеют

Рекордное разрешение - менее 0,1 нм Они могут измерить взаимодействие между

Поверхностью и сканирующим ее микроскопическим острием - зондом - и выводят

Трехмерное изображение на экран компьютера

Методы зондовой микроскопии позволяют не только видеть атомы и молекулы, но и

Воздействовать на них. При этом - что особенно важно - объекты могут изучаться

Не обязательно в вакууме (что обычно для электронных микроскопов), но и в

Различных газах и жидкостях.

Изобрели зондовый - сканирующий туннельный микроскоп в 1981 году сотрудники

Исследовательского центра фирмы ИБМ Г. Бинниг и X. Рорер (США) Через пять лет за

Это изобретение они были удостоены Нобелевской премии

Биннинг и Рорер попытались сконструировать прибор для исследования участков

Поверхности размером менее 10 нм. Итог превзошел самые смелые ожидания: ученым

Удалось увидеть отдельные атомы, размер которых в поперечнике составляет лишь

Около одного нм. В основе работы сканирующего туннельного микроскопа лежит

Квантово-механическое явление, называемое туннельным эффектом. Очень тонкое

Металлическое острие - отрицательно заряженный зонд - подводится на близкое

Расстояние к образцу, тоже металлическому, заряженному положительно. В тот

Момент, когда'расстояние между ними достигнет несколько межатомных расстояний,

Электроны начнут свободно проходить через него - "туннелировать": через зазор

Потечет ток

Очень важное значение для работы микроскопа имеет резкая зависимость силы

Туннельного тока от расстояния между острием и поверхностью образца. При

Уменьшении зазора всего на 0,1 нм ток возрастет примерно в 10 раз. Поэтому даже

Неровности размером с атом вызывают заметные колебания величины тока.

Чтобы получить изображение, зонд сканирует поверхность, а электронная система

Считывает величину тока. В зависимости от того, как эта величина меняется,

Острие либо опускается или поднимается. Таким образом, система поддерживает

Величину тока постоянной, а траектория движения острия повторяет рельеф

Поверхности, огибая возвышенности и углубления.

Острие перемещает пьезоска-нер, который представляет собой манипулятор из

Материала, способного изменяться под действием электрического напряжения Пье-

Зосканер чаще всего имеет форму трубки с несколькими электродами, которая

Удлиняется или изгибается, перемещая зонд по разным направлениям с точностью до

Тысячных долей нанометра

Информация о движении острия преобразуется в изображение поверхности, которое

Строится по точкам на экране Участки разной высоты для наглядности окрашиваются

В различные цвета.

В идеале на конце острия зонда должен находиться один неподвижный атом. Если же

На конце иглы случайно оказалось несколько выступов, изображение может двоиться,

Троиться. Для устранения дефекта иглу травят в кислоте, придавая ей нужную

Форму.

С помощью туннельного микроскопа удалось сделать ряд открытий. Например,

Обнаружили, что атомы на поверхности кристалла расположены не так, как внутри, и

Часто образуют сложные структуры.

С помощью туннельного микроскопа можно изучать лишь проводящие ток объекты.

Однако он позволяет наблюдать и тонкие диэлектрики в виде пленки, когда их

Помещают на поверхность проводящего материала. И хотя этот эффект еще не нашел

Полного объяснения, тем не менее его с успехом применяют для изучения многих

Органических пленок и биологических объектов - белков, вирусов.

Возможности микроскопа велики. С помощью иглы микроскопа даже наносят рисунки на

Металлические пластины Для этого используют в качестве "пишущего" материала

Отдельные атомы - их осаждают на поверхность или удаляют с нее Таким образом в

1991 году сотрудники фирмы ИБМ написали атомами ксенона на поверхности никелевой

Пластины название своей фирмы - IBM. Букву "I" составили всего 9 атомов, а буквы

"В" и "М" - 13 атомов каждую

Следующим шаг в развитии сканирующей зондовой микроскопии сделали в 1986 году Бинниг, Квейт и Гербер. Они создали атомно-силовой микроскоп.

Если в туннельном микроскопе решающую роль играет резкая зависимость туннельного

Тока от расстояния между зондом и образцом, то для атомно-силового микроскопа

Решающее значение имеет зависимость силы взаимодействия тел от расстояния между

Ними.

Зондом атомно-силового микроскопа служит миниатюрная упругая пластина -

Кантилевер. Причем один ее конец закреплен, на другом же конце сформировано

Зондирующее острие из твердого материала - кремния или нитрида кремния. При

Перемещении зонда силы взаимодействия между его атомами и неровной поверхностью

Образца будут изгибать пластину. Добившись такого перемещения зонда, когда

Прогиб остается постоянным, можно получить изображение профиля поверхности Такой

Режим работы микроскопа, называющийся контактным, позволяет измерять с

Разрешением в доли нанометра не только рельеф, но и силу трения, упругость и

Вязкость исследуемого объекта

Сканирование в контакте с образцом довольно часто приводит к его деформации и

Разрушению. Воздействие зонда на поверхность может быть полезным, например, при

Изготовлении микросхем. Однако зонд способен легко порвать тонкую полимерную

Пленку или повредить бактерию, вызвав ее гибель. Чтобы избежать этого,

Кантилевер приводят в резонансные колебания вблизи поверхности и регистрируют

Изменение амплитуды, частоты или фазы колебаний, вызванных взаимодействием с

Поверхностью. Такой метод позволяет изучать живые микробы колеблющаяся игла

Действует на бактерию, как легкий массаж, не причиняя вреда и позволяя наблюдать

За ее движением, ростом и делением

В 1987 году И. Мартин и К. Викрама-сингх (США) предложили в качестве

Зондирующего острия использовать намагниченную микроиглу. В результате появился

Магнитно-силовой микроскоп.

Такой микроскоп позволяет разглядеть отдельные магнитные области в материале -

Домены - размером до 10 нм. Его также применяют и для сверхплотной записи

Информации, формируя на поверхности пленки домены с помощью полей иглы и

Постоянного магнита. Подобная запись в сотни раз плотнее, чем на современных

Магнитных и оптических дисках.

На мировом рынке микромеханики, где заправляют такие гиганты, как ИБМ, "Хитачи",

"Жиллетт", "Поляроид", "Олимпус", "Джойл", "Диджи-тал инструменте", нашлось

Место и для России. Все громче слышен голос маленькой фирмы МДТ из подмосковного

Зеленограда

"Давайте скопируем на пластину, в 10 раз меньшую человеческого волоса,

Наскальный рисунок, выполненный нашими далекими предками, - предлагает главный

Технолог Денис Шабратов. - Компьютер управляет "кистью", зондом - иглой длиной

15 микрон, диаметром в сотые доли микрона. Игла движется вдоль "полотна", и там,

Где его касается, появляется мазок размером с атом. Постепенно на экране дисплея

Возникает олень, за которым гонятся всадники".

МДТ единственная в стране фирма изготовитель зондовых микроскопов и самих

Зондов. Она входит в четверку мировых лидеров Изделия фирмы покупают в США,

Японии, Европе.

А все началось с того, что Денис Шабратов и Аркадий Гологанов, молодые инженеры

Одного из оказавшихся в кризисе институтов Зеленограда, думая, как жить дальше,

Выбрали микромеханику. Они не без основания посчитали ее наиболее перспективным

Направлением.

"Мы не комплексовали, что придется соперничать с сильными конкурентами, -

Вспоминает Гологанов. - Конечно, наше оборудование уступает импортному, но, с

Другой стороны, это заставляет исхитряться, шевелить мозгами. А уж они-то у нас

Точно не хуже. И готовности пахать хоть отбавляй. Работали сутками, без

Выходных. Самым трудным оказалось даже не изготовить суперминиатюрный зонд, а

Продать Знаем, что наш лучший в мире, кричим о нем по Интернету, засыпаем

Клиентов факсами, словом, бьем ножками, как та лягушка, - ноль внимания"

Узнав, что один из лидеров по производству микроскопов - японская фирм "Джойл"

Ищет иглы очень сложной формы, они поняли, что это их шанс. Заказ стоил много

Сил и нервов, а получили гроши. Но деньги не были главным - теперь они могли во

Весь голос объявить: знаменитый "Джойл" - наш заказчик Подобным образом почти

Полтора года МДТ бесплатно изготавливала специальные зонды для Национального

Института стандартов и технологий США. И новое громкое имя появилось в списке

Клиентов.

"Сейчас поток заказов таков, что мы уже не можем удовлетворить всех желающих, -

Говорит Шабратов. - Увы, это специфика России. Опыт показал, у нас имеет смысл

Выпускать столь наукоемкую продукцию малыми сериями, массовое же производство -

Налаживать за рубежом, где нет срывов поставок, низкого их качества,

Необязательности смежников".

Возникновение сканирующей зондовой микроскопии удачно совпало с началом бурного

Развития компьютерной техники, открывающей новые возможности использования

Зондовых микроскопов. В 1998 году в Центре перспективных технологий (Москва)

Создана модель сканирующего зондо-вого микроскопа "ФемтоСкан-001", которым

Управляют также через Интернет. Теперь в любой точке земного шара исследователь

Сможет работать на микроскопе, а каждый желающий - "заглянуть" в микромир, не

Отходя от компьютера.

Сегодня подобные микроскопы используются только в научных исследованиях С их

Помощью совершаются наиболее сенсационные открытия в генетике и медицине,

Создаются материалы с удивительными свойствами. Однако уже в ближайшее время

Ожидается прорыв, и прежде всего, в медицине и микроэлектронике Появятся

Микророботы, доставляющие по сосу-Дам лекарства непосредственно к больным

Органам, будут созданы миниатюрные суперкомпьютеры.

Чудеса техники

Наука и промышленность

Конвертеры; Дуговые электроплавильные печи; Прокатные станы; Солнечные Электростанции; Ветроэлектростанции; Ядерные реакторы на быстрых нейтронах; Термоядерная установка; Первая океанская электростанция; Печатные машины; Зерноуборочные комбайны; Микромеханика; Фуллерены; Сканирующий зондовый Микроскоп; Микроскопы на …

MP3-плейер

MP3 далеко не единственный аудиоформат, используемый в Web. Однако MP3 стал Стандартом де-факто благодаря тому, что легко доступен и не имеет встроенных Механизмов защиты. Купив компакт-диск, не надо получать разрешение …

Мобильный интернет

С момента зарождения глобальной компьютерной сети Интернет прошло более сорока Лет. Идея возникла в конце 1950-х годов, когда в США была поставлена задача Создать сеть телекоммуникации. И в 1968 году …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua