Юный техник 1993-10, страница 10

четыре года — кратчайший в истории науки срок! — Нобелевский комитет присудил его создателям премию. При вручении награды один из лауреатов, швейцарский ученый Генрих Рорер, так ответил на вопрос, каким образом они с коллегой Дж. Биннийгом пришли к такой идее: «Понимаете, у нас в Швейцарии много гор, поезда ходят по тоннелям. Так что пример был у нас перед глазами, оставалось лишь силой воображения перенести его в мир атомов и электронов...»

Каким же образом работает тоннельный микроскоп? Над полупроводниковой или металлической подложкой расположена тончайшая вольфрамовая игла. Напряжение около 10 В (его можно получить даже от пары обычных батареек) создает разность потенциалов между иглой и подложкой, играющих в данном случае роль как бы обкладок конденсаторов. Из-за малости зазора и ничтожных размеров кончика иглы напряженность электростатического поля вырастает до весьма солидной величины — около 10⁸ В/см.

Поскольку любой механический привод весьма груб для перемещений на субатомные расстояния, перемещением иглы управляют с помощью пьезопривода. Керамическая трубка при подаче на ее электроды управляющего напряжения меняет свою форму и размеры и в зависимости от значения сигнала перемещает иглу по всем трем координатам. Насколько велика чувствительность манипулятора, можно судить по таким показателям: при изменении напряжения в 1 В игла смещается примерно на 2—3 нанометра.

Тоннельный микроскоп может работать в двух режимах. Если мы будем с помощью специальной схемы поддерживать ток и напряжение между иглой и подложкой постоянными, то при сканировании иглы над поверхностью с небольшим смещением каждый раз ее придется то опускать, то приподнимать, в зависимости от рельефа. Таким образом, игла, подобная патефонной, будет копировать профиль поверхности. Перемещая

иглу, довольно просто получить серию электрических импульсов, которые с высокой степенью точности будут описывать характер простирающейся под острием поверхности. Воочию ее можно увидеть на телеэкране персонального компьютера, подсоединенного к тоннельному микроскопу.

Кроме «микроскопии на ощупь», с помощью аналогичной установки можно и формировать поверхность. Специалистам хорошо известно, что электрическое поле влияет на характер и скорость диффузии. Если игла подведена к поверхности чересчур близко даже по меркам нанотехноло-гии, то в локальном поле являются силы, достаточные для того, чтобы притягивать к игле поверхностные атомы, подобно тому, как притягиваются бумажки и соринки к наэлектризованной стеклянной палочке. Таким образом можно либо выравнивать поверхность, либо, увеличив напряженность поля, отрывать от нее одиночные атомы, перенося их на другое место подложки. В этом случае полярность напряжения меняют таким образом, чтобы атом теперь отторгался от иглы.

Пример подобной операции у вас перед глазами (см. рис.). В 1990 году специалисты фирмы IBM сумели разместить на поверхности подложки 35 атомов ксенона таким образом, что они образовали название предприятия.

При этом для подобных работ схему тоннельного микроскопа слегка модернизировали. Теперь игла крепится не намертво, а на миниатюрной консоли — плоской пружине. Поначалу пружину делали из золотой фольги, ныне все чаще и иглу, и консоль делают из кремния методом фотолитографии.

Такой вариант прибора получил название «атомный силовой микроскоп».

АТОМНАЯ СБОРКА

Так ситуация на сегодняшний день выглядит теоретически. На практике же предстает следующая картина.

8