Главная > Наука > Как работает туннельный микроскоп?

Как работает туннельный микроскоп?

Работает он так. Над полупроводниковой или металлической подложкой расположена тончайшая вольфрамовая игла. Напряжение порядка 10 В создает разность потенциалов между иглой и подложкой, являющимися в данном случае как бы обкладками конденсатора. Причем из-за малости зазора и крошечных размеров кончика иглы напряженность электростатического поля получается весьма солидной — около 10,8 В/см. Оно, это поле, и является основной действующей силой туннельного микроскопа: точнее, одной из его разновидностей — атомного силового микроскопа.
Работать этот агрегат может в двух режимах. Если мы будем с помощью специальной схемы поддерживать ток и напряжение между иглой и подложкой постоянными, то при сканировании (многократном проведении) иглы над поверхностью ее придется то опускать, то приподнимать, в зависимости от рельефа. Таким образом, игла, подобно патефонной, будет копировать профиль поверхности.
Поскольку любой механический привод весьма груб, перемещениями иглы на субатомные расстояния управляют с помощью пьезоэффекта. Керамическая пьезотрубка при подаче на ее электроды управляющего напряжения меняет свою форму и размеры, что позволяет в зависимости от сигнала перемещать иглу по трем координатам. Насколько велика чувствительность микроманипулятора» можно судить по таким цифрам: при изменении Напряжения на 1В игла смещается на величину порядка двух-трех нанометров.
Ведя таким образом иглу над поверхностью рельефа, довольно просто получить серию электрических кривых, которые с высокой степенью точности будут описывать характер подстилающей поверхности: Воочию ее можно увидеть на экране персонального компьютера, подсоединенного к туннельному микроскопу.

Что можно сделать с помощью туннельного микроскопа?
Кроме «микроскопии на ощупь» с помощью аналогичной установки можно формировать саму поверхность. Хорошо известно, что электрическое поле влияет на характер диффузии т— проникновения атомов со стороны в приповерхностные слои вещества. Если игла подведена к поверхности чересчур близко даже по меркам нанотехнологии, то в локальном поле появляются силы, достаточные для того, чтобы стягивать к игле атомы, подобно тому, как к наэлектризованной стеклянной палочке притягиваются бумажки и соринки. Увеличив поле, можно даже оторвать от поверхности одиночный атом, перенести его в другое место, а затем внедрить его тут, сменив полярность напряжения на игле так, чтобы атом теперь, напротив, отталкивался от нее.
Именно таким образом, например, в 1990 г. специалисты фирмы IBM выложили название своего предприятия всего из 35 атомов ксенона. Но это было не более, чем баловство профессионалов, так сказать, первая проба пера.

Наверное, нет смысла создавать такие сложные приборы для того, чтобы играть атомами, как мячами?
Действительно, в дальнейшем нанотехнология перешла к решению проблем более серьезных. Большинство предметов, созданных человеком, как известно, имеют в своей структуре триллионы триллионов атомов. И для того чтобы получить из какого-то сырья полезную вещь, надо эти атомы упорядочить. Конечно, от изготовления первых кремниевых рубил до компьютеров на кремниевых же микрочипах — дистанция огромного размера. Но суть методики всегда была одна — обрабатывая детали, мы отсекаем лишнее, пытаемся навести какой-то порядок в кристаллической структуре.
Довременные технологи уже научились обращаться с объектами микро'метровых размеров. Те же микрочипы — тому свидетельство. В них работают группы в тысячи атомов, может быть в сотни. Еще один шаг вниз — в наномир, то есть уменьшение объекта манипуляции еще в тысячу раз, позволит производить вещи из отдельных атомов. Или делать машины, сравнимые по размеру с крупными молекулами. И первой областью, в которой они начнут работать, наверное, станет микро-, точнее наноэлектроника.

Постоянная ссылка на страницу: http://pochemy.net/?n=613