Microscopul sonda de scanare, cele mai bune realizări ale științei și tehnologiei
Tehnici de microscopie Probe ne permit nu numai pentru a vedea atomi și molecule, dar, de asemenea, să le influențeze. În același timp, - ceea ce este deosebit de important - obiectele pot fi studiate nu neapărat în vid (de obicei, pentru microscoape de electroni), dar, de asemenea, într-o varietate de gaze și lichide.
Sonda inventat - microscop de scanare de tunel în 1981 de către angajații G. Binnig și Rohrer X. (US) IBM Centrul de Cercetare al companiei, după cinci ani ai acestei invenții, au fost acordate Premiul Nobel
Binnig și Rohrer au încercat să construiască un dispozitiv pentru investigarea zonelor de suprafață mai mică de 10 nm. Rezultatul a depășit toate așteptările: oamenii de știință au fost capabili de a vedea atomi individuali, cantitatea de care, în secțiune transversală este de numai aproximativ o nm. Funcționarea unui microscop de scanare de tunel este un fenomen mecanic cuantic numit efect de tunel. vârf metalic foarte subțire - o sondă încărcată negativ - alimentat la distanță apropiată de probă, același metal, încărcat pozitiv. Momentul kogda'rasstoyanie ajunge între ele mai multe distanțe interatomice, electronii vor trece liber prin ea - „tunel“: un curent va curge prin golul
Foarte important pentru microscop operație are o dependență puternică a tunelurilor forței curentului pe distanța dintre vârful și suprafața probei. Odată cu scăderea decalaj numai 0,1 crește curent nm de aproximativ 10 ori. Prin urmare, chiar și dimensiunea neregularităților cauza fluctuații notabile curent atom.
Pentru a obține o imagine, sonda scanează suprafața, iar sistemul electronic citește valoarea curentă. În funcție de modul în care se modifică această valoare, punctul fie crește sau scade. Astfel, sistemul menține o valoare de curent constant, și repetă traiectoria reliefului vârful plinte, cotele de suprafață și adâncituri.
Vârful se mută piezo-scaner, care este un manipulator dintr-un material capabil să varieze sub influența piezo tensiunii electrice adesea are forma unui tub cu mai mulți electrozi, care se extinde sau este îndoită prin deplasarea sondei în diferite direcții la cadrul miimi de nanometri
Informații despre mișcarea vârfului este transformată într-o suprafață a unei imagini care se bazează pe punctele de pe ecran, o mulțime de diferite înălțimi, pentru claritate, sunt vopsite în culori diferite.
In mod ideal, la capătul vârfului sondei trebuie să fie un atom staționar. Dacă la sfârșitul acului transformat din greșeală mai multe proeminențe, imaginile pot fi duble, troitsya. Pentru a elimina acul defect gravat în acid, dându-i forma dorită.
Cu microscop de tunel a fost în măsură să facă o serie de descoperiri. De exemplu, am constatat că atomii de pe suprafața cristalului nu este poziționat ca interior și adesea formează structuri complexe.
un curent de obiecte conductoare pot fi explorate cu ajutorul unui microscop de tunel. Cu toate acestea, ea permite să se observe și dielectricilor peliculă subțire sub forma, atunci când sunt introduse pe suprafața materialului conductor. Și, deși acest efect nu a găsit încă o explicație completă, cu toate acestea, este folosit cu succes pentru studiul multor filme de obiecte organice si biologice - proteine de virusuri.
Următorul pas în dezvoltarea microscopia sonda de scanare realizate in 1986. Binnig, Qeit și Gerber. Ei au creat un microscop de forță atomică. Dacă tunelare microscop joacă un rol decisiv dependență puternică a curentului de tunel pe distanța dintre sondă și proba, apoi o forță microscop atomic este dependența critică a forței de interacțiune a organelor pe distanța între acestea.
Probe unei forțe microscop atomic este o placă minuscul elastic - consolă. În care un capăt al acestuia este fixat la celălalt capăt al vârfului de palpare format dintr-un material dur - siliciu sau nitrură de siliciu. Când sonda este deplasată forțează între atomi și suprafață neuniformă a plăcii eșantionului trebuie să fie curbată. Având o astfel de mișcare a sondei atunci când deformarea este constantă, este posibil să se obțină o imagine a profilului suprafeței. Un astfel de microscop operație, numit un contact poate fi măsurat cu o rezoluție de nanometri, nu numai de relief, ci și frecare, elasticitate și vâscozitatea obiectului testat
Scanarea în contact cu proba de multe ori conduce la o deformare și fractură. Impactul sondei la suprafață poate fi utilă, de exemplu, la fabricarea microcircuitele. Cu toate acestea, sonda este capabil de a rupe cu ușurință folia de plastic subțire sau deteriora bacterie, provocând moartea ei. Pentru a evita acest lucru, consola este adus în oscilații rezonante în apropierea suprafeței și a înregistrat o schimbare în amplitudine, frecvență sau fază a oscilațiilor cauzate de interacțiunea cu suprafața. Această metodă ne permite să studiem microbii care trăiesc vibreaza efect ac asupra bacteriilor ca un masaj blând, fără a dăuna și anunțându-mișcarea ceas, creșterea și diviziunea
Acest lucru permite microscop pentru a discerne câmpul magnetic individuale în materialul - domenii - până la 10 nm. Este, de asemenea, folosit pentru o informație de înregistrare superdens prin formarea pe suprafața filmului cu câmpuri de domenii pentru ac și magnetul permanent. înregistrând o sută de ori mai densă decât pe drive-uri moderne, magnetice și optice de disc O astfel.
Micromechanics pe piața mondială, care este acuzat de giganți, cum ar fi IBM, "Hitachi",,, "Olympus", "instrument de digital", "Gillette" "Polaroid" "Dzhoyl", a existat un loc pentru România. voce mai puternică a unei firme mici de MDT Zelenograd în apropiere de Moscova
„Să copiați în placa de 10 ori mai mic decat un fir de par uman, pictura piatra făcute de strămoșii noștri - sugerează tehnolog șef Denis Shabratov -. Calculatorul controlează“ perie „sonda -. Ac de lungime de 15 microni, cu un diametru de câteva sutimi de mișcări ac microni de-a lungul „pânză“, și în cazul în care se aplică, există frotiu dimensiunea unui atom. Treptat ", ecranul de afișare există un cerb, care a fost urmărit de riderii.
MDT este singura companie din țara producătorului de microscoape sondă și sonde în sine. Ea este una dintre cele patru firme de talie mondială cumpăra bunuri în Statele Unite, Japonia și Europa.
Și totul a început cu faptul că Denis Shabratov Arkadi Gologanov, tineri ingineri a prins în criza instituțiilor Zelenograd, gândire ce să facă în continuare, a ales micromecanica. Ele nu sunt fără motiv, a considerat că este cea mai promițătoare direcție.
„Noi nu suferă de complexe, care trebuie să concureze cu competitori puternici, - spune Gologanov -. Desigur, echipamentul nostru este inferior de import, dar, pe de altă parte, face iskhitryatsya, creierul și ei știu că avem cu siguranță nu este mai rău și gata.. să reinvestească mai mult decât suficient de lucru non-stop, șapte zile pe săptămână Cel mai dificil lucru pe care nu a fost chiar produc sonda superminiatyurny și vinde știu că cele mai bune noastre în lume, plânge despre asta pe Internet, du-te la culcare clienții fax, pe scurt, am bătut picioare, cum ar fi broasca ... - atenție la zero "
Când a aflat că unul dintre cei mai importanti producatori de microscoape - Dzhoyl firmele japoneze „în căutarea unui ac forme foarte complexe, ei au înțeles că aceasta este șansa lor. Ordinul a fost în valoare de o mulțime de efort și nervi, și a primit o sumă mică. Dar banii nu a fost principalul - ele sunt acum în măsură să anunțe cu voce tare: celebrul „Dzhoyl“ - clientul nostru în mod similar, aproape o jumătate de an pentru MDT gratuit produce sonde speciale pentru Institutul Național de Standarde și Tehnologie. Și noul nume mare a apărut în lista de clienți.
„Chiar acum, fluxul de comenzi este de așa natură încât nu putem satisface toate veniții, - spune Shabratov -. Din păcate, acest lucru este specificul experiența românească ne-a demonstrat că are sens să producă astfel de produse de înaltă tehnologie în loturi mici, aceeași producție în masă -. Stabilirea în străinătate, în cazul în care nu există întrerupere a aprovizionării, de slabă calitate, non-cerință a subcontractanți“.
Astăzi, aceste microscoape sunt folosite doar in cercetare. Cu ajutorul lor, comise descoperirile cele mai senzationale in genetica si medicina, sunt materiale cu proprietati uimitoare. Cu toate acestea, în viitorul apropiat este de așteptat să rupă, și mai presus de toate, în medicină și microelectronică, micro-roboți vor fi livrarea de medicatie navelor direct la organele bolnave vor fi create supercalculatoare in miniatura.