Техника - молодёжи 2011-02, страница 33
Главный наноприбор К этим приборам уже не подходит слово «микроскоп». Потому что «микро» - это Ю-6, а они позволяют увидеть тела, размеры которых начинаются с «нано», то есть с Ю-9. А ещё потому, что корень «скоп» происходит от греческого «смотрю», а эти приборы позволяют не только смотреть на объекты, но и проводить с ними некоторые манипуляции. Рис. 1 1 выглядит на экране компьютера сканирующего зондового микроскопа поверхность никелевой пластинки с микротрещинами и следами полировки Изобретение оптического микроскопа в XVI в. вызвало революцию в науках, особенно в биологии и медицине. Сегодня нашу жизнь без него трудно себе представить. Им легко пользуются даже школьники, хотя далеко не каждый из них способен объяснить принцип его работы. Однако этот прибор имеет свои границы применимости; Если невооружённый глаз не различает объекты меньше одной десятой миллиметра, то минимальный размер объекта, который можно разглядеть в оптический микроскоп, определяется длиной волны видимого света и составляет несколько десятых частей микрометра. Это ограничение долго мешало учёным - тем, кого интересовали отдельные атомы и молекулы, размеры которых в тысячи раз меньше. В начале XX в. был построен первый электронный микроскоп. В нём роль света играет поток электронов, при больших скоростях ведущий себя подобно световому лучу: он отражается предметом исследования или проходит сквозь него. Изображение получается на специальном экране, куда в конце концов попадает электронный пучок. Так впервые удалось разглядеть отдельные атомы, и уже в сороковых годах прошлого века электронные микроскопы производились серийно. Сегодня они стали обязательными приборами во многих исследовательских лабораториях, но такого распространения, как их оптические собратья, не получили. Устройство их достаточно сложно, измерения проводятся в вакууме, для работы требуется высокая квалифи кация, а подготовка образца часто очень длительна. Наука развивается, и тридцать лет назад была предложена конструкция принципиально нового типа микроскопов, которые, по-видимому, станут такими же массовыми, как оптические. В 1981 г. швейцарцы Генрих Рорер и Герд Бинниг изобрели сканирующий туннельный микроскоп. Прибор оказался настолько удачным, что сразу породил целое «микроскопное семейство». Через пять лет эти пионерские исследования принесли авторам Нобелевскую премию. Сегодня сканирующие зондовые микроскопы позволяют не только разглядывать атомы, молекулы и более крупные объекты - например микро- и наноэлектронные приборы или органеллы биологических клеток, - но и изучать их механические, электрические, оптические и прочие свойства. И даже перемещать некоторые из этих объектов с точностью, соответствующей их размерам. На ощупь Все сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) построены на одном принципе, который можно назвать «принципом ощупы вания». Представьте себе, что вы попали в тёмную комнату, и вам надо понять, что за предмет находится перед вами. Единственная возможность - тщательно ощупать его рукой. Если ощупывать не хаотично, а перемещать пальцы строго горизонтально и после каждой «дорожки» чуть смещать их вниз по вертикали - это называется сканированием, - то удастся достаточно достоверно нарисовать в голове образ предмета. Если нельзя повредить объект, надо взять в руку какой-нибудь мягкий предмет, например соломинку. Если до предмета опасно дотрагиваться, например он горячий, то можно попытаться составить о нём своё представление, быстро касаясь и отдёргивая руку. Можно и не касаться, а определить нагрев на расстоянии по излучаемому теплу и через эту «термокарту» составить представление о форме предмета. Если предмет магнитный, то, водя над ним зажатым в руке куском магнита, можно сделать 31 |
