Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. Схематическое изображение нового микроскопа.
Рис. 2. Дифракционные картины для пучков 2.550 кэВ (a, b) и 2.595 кэВ (c), а также их профили по двум направлениям (d). Зеленая и синяя линии соответствуют разным энергиям.
Рис. 3. Реконструкция карты распределения висмута для пучков 2.550 кэВ (a) и 2.595 кэВ (b) и разностная карта (с), представляющая собой двумерную проекцию распределения Bi в объеме образца. (d) РЭМ изображение образца.

Новый метод визуализации наноструктуры материалов

Ключевые слова:  аналитика, визуализация, нанотехнологии, периодика

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

05 марта 2008

Структуру материалов на наноуровне можно визуализировать несколькими способами. Зондовая микроскопия и просвечивающая электронная микроскопия позволяют изучать материалы с атомным разрешением. Однако неразрушающее исследование материала в объеме, позволяющее получить количественную информацию об элементном и химическом составе в наномасштабе, пока представляется неосуществимым.

Для таких целей могли бы подойти рентгеновские лучи благодаря их большой глубине проникновения в материал и специфическим взаимодействиям с электронами вещества. В настоящее время широкое распространение получили микроскопические методы, основанные на рентгеновской фотоэмиссии электронов, рентгеновской флуоресценции, а также сканирующие и просвечивающие рентгеновские микроскопы. Однако пространственное разрешение этих методик лимитируется фокусирующей оптикой. Поэтому перспективными являются безлинзовые методы, основанные на дифракции рентгеновских лучей.

Исследователи из США и Австралии впервые продемонстрировали метод резонансной рентгеновской дифракционной микроскопии (resonant x-ray diffraction microscopy) для визуализации наноструктуры материала в объеме.

Метод основан на резком изменении атомных коэффициентов рассеяния рентгеновского излучения вблизи краев поглощения, т.е. методика является чувствительной к элементному составу и химическому состоянию. Картины дифракции когерентного рентгеновского излучения получают с обеих сторон от края поглощения, а по их разнице можно восстановить пространственное распределение элементов.

На рисунке 1 приведена схема микроскопа, использующего синхротронный пучок. Метод был использован для определения примеси висмута в кристалле кремния. Как известно, примеси во многом определяют физические свойства материалов даже при их очень малой концентрации. В данном образце концентрация примеси была довольно высока - 5×1020 cm-3.

Для построения карт распределения висмута использовались энергии пучка 2.550 кэВ и 2.595 кэВ, находящиеся с разных сторон от края поглощения Bi M5. Дифракционные картины приведены на рисунке 2. Хотя в целом они выглядят одинаковыми, все же можно обнаружить заметные различия. Интенсивность во многом зависит от морфологии поверхности и толщины образца, однако на разностной картине это влияние нивелируется. Далее путем непростой обработки изображений можно построить карты распределения висмута в образце (рис. 3). Разрешение составило 14.5 нм/пкс. Теоретически может быть достигнуто и атомное разрешение.

Подробнее новая методика описана в статье «Nanoscale Imaging of Buried Structures with Elemental Specificity Using Resonant X-Ray Diffraction Microscopy» в журнале Physical Review Letters.


Источник: PRL



Комментарии
Лев Артемович!

Очень интересная ссылка на еще один из способов косвенной визуализации регулярных структур, в том числе и наноразмерных. Постараюсь детальнее разобраться по первоисточнику, на который Вы дали ссылку.
Геннадий Семенович
Предложенный в статье метод сравнивается с рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией-микроскопией. Последняя, уступая предложенному методу по латеральному разрешению (~20 мкм против ~20 нм), дает нанометровое разрешение химического состава по глубине (см. Theta Probe (Thermo): small spot XPS spectrometer with parallel ARXPS capability). У нового метода визуализации наноструктуры отсутствует разрешение химического состава по глубине.
Александр Леонидович!
Вы правы, пока у метода существуют недостатки.
Более детально с ними можно познакомиться по доступным в интернет первоисточникам: http://www.p..._Jan_08.pdf
Nanoscale Imaging of Mineral Crystals inside Biological Composite Materials
Using X-Ray Diffraction Microscopy
Huaidong Jiang,1 Damien Ramunno-Johnson,1 Changyong Song,1 Bagrat Amirbekian,1 Yoshiki Kohmura,2
Yoshinori Nishino,2 Yukio Takahashi,3 Tetsuya Ishikawa,2 and Jianwei Miao1,* http://www.p...AS_2008.pdf
High numerical aperture tabletop soft x-ray
diffraction microscopy with 70-nm resolution
Richard L. Sandberg*, Changyong Song†, Przemyslaw W. Wachulak‡, Daisy A. Raymondson*, Ariel Paul*,
Bagrat Amirbekian†, Edwin Lee†, Anne E. Sakdinawat§, Chan La-O-Vorakiat*, Mario C. Marconi‡, Carmen S. Menoni‡,
Margaret M. Murnane*¶, Jorge J. Rocca‡, Henry C. Kapteyn*, and Jianwei Miao† http://www.p..._XRD_08.pdf
Nanos…..Difraction Microscopy
C Song, R Bergstrom, D Ramunno-Johnson, H Jiang, … http://www.p...chem_08.pdf
Extending X-Ray
Crystallography to Allow the
Imaging of Noncrystalline
Materials, Cells, and Single
Protein Complexes
Jianwei Miao,1 Tetsuya Ishikawa,2 Qun Shen,3
and Thomas Earnest4

Однако для дифракционных патернов в отображениях области дифракции Фраунгофера нашими программистами, перешедшими из ГОИ в LG Softlab по моему ТЗ в свое время была создана программа расчета, по которой можно было из синтезированной регулярной или фрактальной 2D структуры получать саму картину паттерна, (что, при необходимости) может быть использовано для обратного восстановления из паттерна самой исходной 2D структуры.
В этом же методе для восстановления структуры по глубине необходимо создать программу для связи дифракционных паттернов с исходной объемной 3D структурой через анализ уравнений Бреговской дифракции. Но и это все не представит для наших программистов большой сложности. Таким образом метод может иметь существенное развитие.
Геннадий Семенович.
Геннадий Семенович,
Можно оценить с каким латеральным разрешением и на какой площади нужно создавать регулярные 3D структуры для получения нанометрового разрешения по глубине при максимальной глубине ~50 nm?
Уважаемый Александр Леонидович!
Возможность разрешения по глубине может быть предварительно оценена из следующих соображений:
1. Для восстановления 3D структуры регистрацию паттернов необходимо вести не на простом экране (транспаранте), а на 3D голографической регистрирующей среде. На традиционных пористых серебросодержащих средах запись фазовой картины может быть произведена с полу шириной интерференционной полосы, а сама регистрация будет определяться свойствами регистрирующей среды (т.е. в данной среде после ее обработки не может быть частиц серебра с размером более 20 нм. Это создает условия для формирования среды, прозрачной от УФ до ИК диапазона)
2. По данным оценки, выполненной в
Original story at www.physorg.com/news120739181.html
a pixel resolution of just 15 nanometers
На основании чего можно ожидать разрешения не хуже 15-20 нм.
Геннадий Семенович
Уважаемый Геннадий Семенович!

Я ищу ответ на следующий вопрос.
Каким методом можно получить информацию о составе и структуре гетерограницы с
разрешением 1нм, если сам интерфейс «зарыт»
на глубину 100 нм?
Трусов Л. А., 15 марта 2008 12:09 
отрыть
Уважаемый Александр Леонидович!
Предполагая в какой области Вы хотели бы применить задачу
Каким методом можно получить информацию о составе и структуре гетерограницы с разрешением 1нм, если сам интерфейс «зарыт» на глубину 100 нм?
Боюсь, что солидарно с лаконичным ответом Льва Артемовича могу аналогично предложить - отрыть.
Думаю, что Ваша гетерограница лежит непосредственно на какой то подложке.
И при желании разрешения в 1нм в толще 100нм Вам хотелось бы с внешней части исследуемой структуры заглянуть внутрь самой структуры. Если эти заглядывания осуществлять расфокусированным или сфокусированным лазерным пучком и по возвращенному сигналу с привлечением теорий рассеяния света или восстановлению дифракционного паттерна Бреговской дифракции определить эту границу. То сделать это непосредственно не представляется возможным.
Во первых для привлечения методов восстановления по рассеянию требуется определиться с размерами частиц внутри толщи в 100нм
(В теории рассеяния света известно, что механизм рассеяния света частицей зависит от соотношения размеров частицы и длины световой волны. Если размер рассеивающих частиц намного меньше, чем длина волны света, то имеет место рэлеевское рассеяние. Когда свет рассеивается на частицах (пыль, дым, водные капельки), которые имеют размер больше, чем длина волны, это рассеяние Ми (по имени немецкого физика Густава Ми).)
Во вторых при использовании сфокусированного лазерного излучения необходимо учитывать влияние сфокусированного излучения на перемещения частиц в толще. (см. http://www.n...t_6114.html)
Соответственно, существует только прямой способ – производится поперечный «распил» 100нм структуры и по исследованию на торце среза с помощью либо тунельного зондового микроскопа, либо электронного криогенного микроскопа с разрешением 4,5 нм http://emnav...003#Article
исследовать эту «толщу».
Геннадий Семенович
P.S. Напомню, что в обсуждаемой статье Л.А. Трусова речь идет о просветной дифракционной микроскопии
Если «раскапывать», то ближе чем на 30 нм, вряд ли можно подобраться.

Геннадий Семенович,
наверное, вы правы, нужно ломать.
Уважаемые коллеги!
Расширенный список публикаций по обсуждаемой проблеме, доступный в интернет можно посмотреть здесь: http://www.p...g/pubs/pdf/
Общий список работ группы Prof. John Miao, Department of Physics and Astronomy, University of California,смотрите здесь: http://www.p...ch/imaging/

Геннадий Семенович

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Механистический материализм (мечта футуристов - нанотехнологов - окаменевший скелет шагающего наноробота, XXI в.н.э.)
Механистический материализм (мечта футуристов - нанотехнологов - окаменевший скелет шагающего наноробота, XXI в.н.э.)

Научно-популярный лекторий РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019»
С 9 по 11 апреля российские ученые рассказывают о своих научных исследованиях, которые выполняются по грантам Российского научного фонда. Лекции проходят в рамках Лектория РНФ во время проведения Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2019».

Фестивали «От Винта!» и NAUKA 0+ представили инновационные проекты на выставке Hannover Messe 2019
Ганновер (Германия) 5 апреля 2019 года. – Объединённая экспозиция Фестиваля детского и молодежного научно-технического творчества “От Винта!” и Всероссийского фестиваля NAUKA 0+ была представлена на крупнейшей выставке промышленных технологий Hannover Messe 2019 в Германии в составе стенда Российской Федерации, организованного Российским экспортным центром при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.

Стань магистрантом в области светодиодных технологий без экзаменов
От бакалавриата к магистратуре без вступительных экзаменов уже сейчас? С портфолио возможно все! Участвуйте в конкурсе «Науке нужен ты!» и получайте бюджетный билет в первую в России магистерскую программу в области светодиодных технологий и оптоэлектроники Университета ИТМО!

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
А.А.Семенова
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.