Туннельная и атомная силовая микроскопия Фомичева Мария, 13604, ИПММ 2014

Введение Нанотехнологии – термин, означающий «междисциплинарную область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющую дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами». В настоящее время нанотехнологии нашли применения в таких областях, как материаловедение, медицина, микроэлектроника, что доказывает их важность для современного общества.

(СЗМ, англ. SPM Scanning Probe Microscope) класс микроскопов для получения изображения поверхности и её локальных характеристик. В общем случае позволяет получить топографию образца с высоким разрешением. Изобретен Гердом Карлом Биннигом и Генрихом Рорером в 1981 году. Сканирующие зондовые микроскопы

Отличительной особенностью СЗМ является наличие: 1) зонда, 2) системы перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам, 3) регистрирующей системы.

Практически всегда результаты первоначального сканирования подвергаются математической обработке. Для этого используется программное обеспечение непосредственно поставляемое с СЗМ.

(СТМ, англ. STM scanning tunneling microscope) вариант сканирующего зондового микроскопа, предназначенный для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением. Сканирующий туннельный микроскоп первый из класса сканирующих зондовых микроскопов; Сканирующий туннельный микроскоп

В отличие от РЭМ, который даёт псевдо трёхмерное изображение поверхности образца, СЗМ позволяет получить истинно трёхмерный рельеф поверхности. Позволяет получать изображение как проводящей, так и непроводящей поверхности. СЗМ предназначена для исследований на воздухе, вакууме и жидкости. Более высокое разрешение чем РЭМ. Плюсы СЗМ

Небольшой размер поля сканирования. Качество изображения определяется радиусом кривизны кончика зонда. Обычный СЗМ не в состоянии сканировать поверхность также быстро, как это делает РЭМ. Недостатки СЗМ

Пример СЗМ-скана: споры аспергилла, выращенного на чайной культуре на стеклянной подложке

(АСМ, англ. AFM atomic-force microscope) СЗМ высокого разрешения. Используется для определения рельефа поверхности с разрешением от десятков ангстрем вплоть до атомарного. Атомно-силовой микроскоп был создан в 1982 году, как модификация изобретённого ранее сканирующего туннельного микроскопа. В отличие от СТМ, с помощью атомно-силового микроскопа можно исследовать как проводящие, так и непроводящие поверхности. Сканирующий атомно-силовой микроскоп

Принцип работы атомно-силового микроскопа основан на регистрации силового взаимодействия между поверхностью исследуемого образца и зондом. В качестве зонда используется наноразмерное остриё, располагающееся на конце упругой консоли, называемой кантилеверном. Сила, действующая на зонд со стороны поверхности, приводит к изгибу консоли. Появление возвышенностей или впадин под остриём приводит к изменению силы, действующей на зонд, а значит, и изменению величины изгиба кантилевера. Таким образом, регистрируя величину изгиба, можно сделать вывод о рельефе поверхности. Принцип работы

Сканирование поверхности образцов. Мы изучали рельеф исследуемые образцов при помощи сканирующего зондового микроскопа NanoEducator в режиме сканирующей туннельной микроскопии.

Образцы из стали. До напыления После напыления

Образцы из кремния. До напыления После напыления