Все узнаваемые на данный момент способы SPM возможно условно разбить на пара главных групп:
– сканирующая туннельная микроскопия; в ней между образцом и электропроводящим остриём приложено маленькое напряжение (~0.01-10 В) и регистрируется туннельный ток в зазоре, зависящий от расположения и свойств атомов на исследуемой поверхности примера;
– атомно-силовая микроскопия; в ней регистрируют трансформации силы притяжения иглы к поверхности от точки к точке. Игла расположена на финише консольной балочки (кантилевера), имеющей известную жесткость и талантливой изгибаться под действием маленьких ван-дер-ваальсовых сил, каковые появляются между исследуемой кончиком и поверхностью острия. Деформацию кантилевера регистрируют по отклонению лазерного луча, падающего на его тыльную поверхность, либо посредством пьезорезистивного результата, появляющегося в самом кантилевере при изгибе;
— ближнепольная оптическая микроскопия; в ней зондом помогает оптический волновод (световолокно), сужающийся на том финише, что обращен к примеру, до диаметра меньше длины волны света. Световая волна наряду с этим не выходит из волновода на громадное расстояние, а только легко “вываливается” из его кончика. На втором финише волновода установлены приёмник и лазер отраженного от свободного торца света. При малом расстоянии между исследуемой кончиком и поверхностью зонда фаза и амплитуда отраженной световой волны изменяются, что и является сигналом, применяемым при построении трехмерного изображения поверхности.
— электросиловая микроскопия, в которой зонд и исследуемая поверхность образуют конденсатор ёмкостью С. На зонд наносится проводящее покрытие и подаётся переменное напряжение разной частоты. На поверхности появляется потенциал, зависящий от диэлектрических черт поверхности, что разрешает изучать состояние поверхности с высоким разрешением.
-магнитно-силовая микроскопия, в которой микромагнит в виде заострённой иглы перемещают над поверхностью примера, регистрируя образца взаимодействия и силы иглы.
Кантилевер – это всего лишь маленькая балка; толщина которой образовывает от 0.1 до 5 мкм, ширина — от 10 до 40 мкм, а протяженность — от 100 до 200 мкм. С его помощью ученые смогут «ощупать» поверхность и лежащие на ней отдельные молекулы, перемещать их, создавать химические испытания со столь малыми количествами веществ, каковые нельзя взвесить дажена самых правильных лабораторных весах.
От длины, ширины, толщины, и природы материала, из которого сделан кантилевер, зависит его жесткость. Чем кантилевер дольше и уже – тем легче он гнется. Возможно сделать таковой мягкий кантилевер, что с его помощью вероятно будет надавить на поверхность с силой в одну миллиардную долю ньютона.
Такие мелкие силы необходимы для сканирования поверхности, дабы, к примеру, возможно было отличить лежащие на ней отдельные молекулы. На кончике кантилевера в большинстве случаев расположена микроскопическая и весьма острая иголка. Если бы кантилевер не имел возможности прекрасно гнуться, то при подводе его к поверхности посредством совокупности нанопозиционирования, игла бы поверхность, воткнувшись в нее. Но кантилевер постоянно подбирают таким мягким, дабы при подводе к поверхности он имел возможность изогнуться, а поверхность оставалась бы в сохранности и целости. В какой-то степени кантилевер похож по своим функциям на инструмент лозоходца – расщепленную лозу, которая то ли воду под почвой ощущает, то ли настроение ее обладателя, но величина отколонения (либо частота колебаний в особенном режиме работы) кантилевера связаны с в полной мере физическими явлениями — сотрудничеством с атомами либо молекулами на поверхности исследуемого примера. Кантилеверы кроме этого используются для модификации поверхности. Применяя твёрдые кантилеверы (и алмазные иглы) возможно делать гравировку и проводить «наночеканку» – выдавливать на поверхности маленькие картинки (наноинденторы).
Геометрия кантилевера определяет серьёзные механические особенности (прежде всего жесткость и резонансную частоту), и варьируется в широких пределах. Ниже приведена формула, определяющая константу жесткости k:
k = Ewt3/(4L3),
гдеE – модуль Юнга материала кантилевера, w – ширина, t – толщина, а L – протяженность прямоугольного кантилевера. Не считая простых прямоугольных кантилеверов, похожих на трамплин для прыжков воду, делают, к примеру, V-образные кантилеверы, каковые легко гнуться в перпендикулярном собственной плоскости направлении, но фактически не перекручиваются.
Чистка оптики. Как почистить окуляры?
