Цикл лекций в рамках XI Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям для всех желающих – школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, учителей и преподавателей (анонс).
27 марта 2017 г., в день открытия заключительного, очного тура Олимпиады, в большой химической аудитории химического факультета МГУ состоится лекция В.А.Быкова, д.т.н., профессора Московского Физико - Технического Института, генерального директора группы компаний НТ-МДТ Spectrum Instruments, руководителя Нанотехнологического Общества России (НОР) "Молекулы, волосы, микросхемы, магнитные диски - как все это устроено? – сканирующий зондовый микроскоп поможет Вам это понять!"
С середины прошлого века началось бурное развитие микроэлектроники. Вместе с этим Мир начал стремительно меняться. Стремительно развивались инструментальные возможности. Появились компьютеры, а вместе с ними начали еще более мощными темпами развиваться информационные технологии. Вместе с этим появилась как необходимость, так и возможность углубленного познания тонкостей строения материи. Требуемый сегодня уровень разрешающей способности инструментов – сотые доли нанометра. А само развитие технологий позволило сделать приборы, позволяющие увидеть структурные особенности и понять устройство нашего Мира с требуемой точностью. К таким приборам относятся сканирующие зондовые микроскопы.
Такие приборы появились в середине 80-х годов прошлого века, а в 90-е годы они пришли в лаборатории ученых. Сегодня редко найдешь институт естественно-научного профиля, в котором нет этих приборов. Более того, жизнь потребовала самого широкого их распространения. Университеты, спецшколы, дворцы творчества, средние школы как в нашей стране, так и за рубежом стали ими пользоваться для углубленного обучения естественно-научных дисциплин: биологии, химии, физики, экологии, медицины.
Конечно, приборы для научных исследований, индустрии отличаются от приборов для обучения студентов и школьников. Но принцип регистрации взаимодействий сохраняется.
Рис.1. Схема регистрации топографии поверхности в атомно-силовом микроскопе
На рис.1 приведена схема, иллюстрирующая принцип работы атомно-силового микроскопа (АСМ). На гибкую балку заданной жесткости с острой иглой на конце фокусируется свет от полупроводникового лазера, который после отражения попадает в 4-хсекционный фотодиод. Измеряется разница токов в секциях фотодиода. Длина балки 100 – 200 микрон, а расстояние от нее до фотодиода составляет несколько сантиметров. Это первое звено усилителя – механического усилителя с коэффициентом усиления порядка 500. Изменение угла наклона балки приводит к разбалансу токов в секциях фотодиода. Таким образом можно зарегистрировать очень маленькие изменения угла наклона балки (кантилевера), соответствующее вертикальному перемещению в 0,01 нм, т.е. зарегистрировать атомарную шероховатость поверхности образца в процессе его перемещения (сканирования).
Рис.2. Атомно-силовые микроскопы использующиеся в настоящее время в науке и промышленности
При помощи атомно-силовых микроскопов можно измерять рельеф, распределение жесткости, поверхностного электрического потенциала, теплопроводности, электропроводности, строение адсорбционных слоев, силы трения, магнитные свойства и изменять эти свойства с разрешающей способностью в доли нанометра.
Для обучения студентов и школьников создан специальный прибор – НАНОЭДЬЮКАТОР (рис.3).
В настоящее время в России уже разработаны курсы обучения, методические материалы, оборудованы и успешно работают более 400 классов в университетах и спецшколах, на которых с успехом поставлен процесс обучения студентов и школьников.
Рис. 3. Наноэдьюкатор – упрощенная версия АСМ
50х50 микрон 30х30 микрон
2х2 нанометра 13х13 нм
Рис.4. Лейкоциты, фрагмент микросхемы, атомы углерода на поверхности графита, молекулы HBC-C12
Рис.5. Молекула НВС-С12
Рис.6. Отдельные молекулы пентацена на поверхности монокристалла меди с ориентацией (111)
Рис.8. Магнитно-силовое изображение серво-сектора магнитного диска. Шаг съема данных – 10 нанометров
Рис.9. Атомно-силовое изображение лимфоцитов крови человека
Рис.10. Молекулы флюроалканов C16F14H20 на поверхности высокоориентированного графита
Рис.11. Творчество певоклассника
Рис.12. Творчество первоклассника
