Зондовый микроскоп

Новое слово в изучение поверхностей — сканирующий зондовый микроскоп, который имеет рекордное разрешение. С помощью этого уникального изобретения можно не только досконально изучить какой-либо материал, но и вывести его трехмерное изображение на экран.

История:
Обычный микроскоп — устройство, бесспорно, необходимое в науке. Но разве можно с помощью даже очень сильного микроскопа изучать объект не в вакууме, а, например, в каком-нибудь газе или жидкости? Разве можно воздействовать на предмет с помощью самого микроскопа? Или сможем ли мы увидеть отдельные атомы, размер которых составляет лишь 1 нм? Все это было совершенно не возможно, до тех пор, пока не был изобретен сканирующий зондовый микроскоп.

В 1981 году двое сотрудников Исследовательского центра Биннинг и Рорер представили свое новое изобретение. Как вы уже, наверное, догадались, этим изобретением и был зондовый микроскоп, который стал настоящим прорывом в науке, не даром ученые даже были удостоены Нобелевской премией.

Следующий шаг в развитии зондового микроскопа был сделан в 1986 году Биннингом, Квейтом и Гербером. Они создали атомно-силовой зондовый микроскоп. В следующем году появился магнитно-силовой микроскоп, отличие которого состояло в том, что в качестве иглы уже использовался намагниченное остриё. Этот микроскоп уже позволил осмотреть поверхность размером до 10 мн.

Устройство:
Зондовый микроскоп устроен очень хитро. Доступным языком объяснить, как он устроен трудно, но попробуем …



В основе лежит так называемый туннельный эффект: очень тонкое острие отрицательно заряженного зонда, сделанного из кремния или нитрида кремния, подводится на очень небольшое расстояние к такому же острию, но уже заряженному положительно. Когда зазор между ними будет минимален, то через образовавшийся «туннель» начнут проходить атомы, образуется поток электрического тока. Здесь необходима колоссальная точность. Стоит лишь чуть-чуть уменьшить межатомное расстояние «туннеля», как сила тока возрастает почти в 10 раз.

Очень чувствительная система поддерживает зонд на одном и том же расстояние от поверхности, даже если она неровная. Тем самым обеспечивается постоянная сила тока. Перемещается зонд с помощью специального сканера, который чаще всего имеет форму удлиненной трубки, способной растягиваться и изгибаться. Этот сканер позволяет перемещаться с точностью до тысячных долей нанометров.

Итак, зонд сканирует поверхность. Информация о движении зонда записывается на экране в виде точек. Так как участки могут быть разной высоты, то, соответственно, сила тока постоянно меняется, в компьютер поступает разная информация. Участки различной высоты окрашиваются соответственно в различные цвета.

Возможности зондового микроскопа:

Зондовые микроскопы активно производятся. ИБМ, «Хитачи», «Олимпус», «Джойл», «Диджитал интрумент» — лидеры на рынке микромеханики. Есть производитель микроскопов и в России — зеленоградская фирма МДП. Изделия этого производителя активно скупаются США и Японией. Сегодня зондовые микроскопы широко используются в науке. Основными отраслями являются, прежде всего, генетика и медицина.

С помощью нового микроскопа смогли изучить с большей точностью вещества, способные излучать электрический ток. Однако этим его возможности не ограничиваются. Например, с помощью него можно наносить рисунки на металлические пластины. Отдельные атомы «насаживают» или «удаляют» с поверхности благодаря пишущему зонду. Такая надпись может быть так мала, что каждая ее буква не будет превышать размера 9 атомов.

Появление зондового микроскопа удачно совпало с развитием компьютерной техники. В 1998 году в Росси был создан микроскоп, которым можно управлять даже через Интернет. Теперь в любой точке земного шара можно проводить исследования, а за тысячу километров за этими работами могут наблюдать все, кто пожелает.