Сканирующая зондовая микроскопия

     Первым прибором, с помощью которого стало возможным получать изображения отдельных атомов, стал сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Идея использовать туннельный эффект для определения рельефа поверхности на микроуровне принадлежит Расселу Юнгу (Russel Young), который высказал ее в 1966, а в 1971 году опубликовал описание прибора под названием Topografiner, на котором было достигнуто разрешение в 3 A (ангстрем, 10-10 м). Но воображения Юнга не хватило на то, чтобы предположить возможность получения изображения отдельных атомов. И только в 1979 году Генрих Рорер (Heinrich Rohrer) и Герд Бинниг (Gerd K. Binnig) создали СТМ, на котором стало возможным разглядеть отдельно взятый атом. В 1982 они получили патент на свое изобретение, а в 1986 были удостоены Нобелевской премии.
     СТМ устроен достаточно просто. Над исследуемым проводящим образцом на крошечной высоте перемещается остроконечная металлическая игла. Между подложной и иглой поддерживается небольшая разность потенциалов (десятые доли вольта). За счет туннельного эффекта между иглой и подложкой через вакуум протекает электрический ток, сила которого зависит от высоты кончика иглы над образцом. Игла обходит всю площадь образца, а автоматическая система управления поддерживает постоянный ток за счет изменения высоты иглы. Для перемещения на такие сверхмалые расстояния используются пьезокристаллы. Таким образом можно получить карту рельефа поверхности на атомном уровне, но только для проводящих материалов.
     В 1986 году был изобретен атомный силовой микроскоп (АСМ), который может исследовать любые материалы, не только проводящие. Его основой является сверхострая игла, заканчивающаяся практически отдельными атомами - кантилевер. Такую иглу можно получить, например, взяв острый осколок монокристалла сапфира. Кантилевер, закрепленный на микробалке, скользит над исследуемой поверхностью и за счет силы межатомного притяжения притягивается к ней. Сила притяжения, выражающаяся в изменении угла наклона микробалки, регистрируется при помощи датчика, чаще всего оптического (лазер - фотодиод). Аналогично СТМ, поддерживая постоянную силу притяжения за счет изменения высоты кантилевера над поверхностью, можно построить атомный рельеф исследуемого образца. С 1990 года катнилеверы и АСМ стали выпускаться серийно, и теперь их можно встретить практически в любой современной лаборатории.

На кафедре установлены приборы фирмы