О тонкостях работы сканирующей и зондерной микроскопии

29.09.2010

О тонкостях работы сканирующей и зондерной микроскопии рассказал выпускник физического факультета Дагестанского государственного университета, доктор физико-математических наук, ныне ученый-исследователь центра нанотехнологий Университета Южной Флориды (США) Юсуф Эмиров. Во время недавнего приезда в Дагестан он встречался со специалистами и студентами ДГУ, ДГТУ и Института физики Дагестанского научного центра РАН.

Юсуф Эмиров обучает ученых из разных стран работе с этими приборами, а также проводит собственные научные исследования. Всего, как заявил Юсуф Эмиров, ученые Университета Южной Флориды работают над 60 проектами по нанотехнологиям.

Даггосуниверситет планирует приобрести один из комплексов оборудования для обучения и проведения исследований структуры и свойств наноразмерных материалов.

Чтобы было понятно не только физикам, следует отметить, что приборы зондерной и сканирующей микроскопии позволяют работать со свойствами материалов на молекулярном уровне. Они могут совершать операции с атомами, перемещать их, как люди передвигают мебель или укладывают вещи в чемодан. Для этого используется сила притяжения атомов, а также электрическая и магнитная сила.

Одна из модификаций - атомно-силовой микроскоп - позволяет изучать состояние микросхем, которыми напичкана вся современная техника. Отвечая на вопрос корреспондента «СК» об областях применения этих микроскопов, Юсуф Эмиров привел пример: «Вот, допустим, в вашем телефоне полно микросхем. Каждая из них состоит из сотен слоев. В том числе и с помощью этого прибора можно анализировать совершенство каждого слоя микросхемы. Далее он позволяет создавать новые материалы. Они используются в биологических, медицинских и многих других проектах. Исследуются поверхности твердых материалов, проводники, полупроводники, контакты, промежуточные материалы».

Юсуф Эмиров иллюстрировал свою лекцию схемами на слайдах. Это помогало непосвященным преодолеть определенный уровень непонимания профессионального языка. Ученый с помощью слайдов продемонстрировал, работу трех разновидностей микроскопов при исследованиях образцов на атомном и молекулярном уровнях.

Это атомно-силовой, туннельный и ближне-польный оптические микроскопы. Разница в том, что они при сканировании используют разные зонды и получают разные данные о представленном образце.

В атомно-силовом микроскопе используется микромеханический зонд - «кантилевер». На его конце находится игла, взаимодействующая с измеряемым образцом. Радиус острия иглы измеряется в нанометрах (5-90 нм). Она используется для поверхностной топографии. Микроскоп использует «ван-дер-ваальсовскую силу». Это сила, которая действует между двумя атомами или телами на расстояниях, сравнимых с атомами.

На дальних расстояниях между атомами действует сила притяжения. На близких расстояниях - сила отталкивания, за счет их обменного взаимодействия. Образно говоря, кончик иглы во время скольжения отталкивается и притягивается атомами исследуемой поверхности. И во время этого процесса прибор считывает информацию. Рычажок (левер) повторяет изгибы рельефа поверхности благодаря той самой «ван-дер-ваальсовской силе». «Кантилевер» очень чувствителен к вышеуказанным силам. Он двигается над поверхностью, не трогая ее. Это бесконтактный метод. Плюс в том, что при бесконтактном сканировани поверхность образца и зонд не повреждают друг друга.

Атомно-силовой микроскоп сканирует поверхность с нанометровым разрешением. Основной недостаток в том, что у этого устройства нет атомного разрешения. Максимальная величина разрешения - 100 микрон.

Другая разновидность - это контактная форма сканирования. Здесь используется «кантилевер» из очень твердого материала, сравнимого с алмазом. Его кончик соразмерен нескольким атомам. К недостаткам этого способа можно отнести то, что кончик царапает поверхность образца и сам при этом стирается. А одним из достоинств является то, что он обеспечивает атомное разрешение.

Электрическая атомно-силовая микроскопия позволяет измерить проводимость в наноразмерных объектах. А магнитно-силовая двухпроходная методика в результате вибрации зонда позволяет изучить магнитную структуру на атомном уровне.

Муса Мусаев, Северный Кавказ