18. Нанодисперсті жүйелерді зерттеудің зондты туннельді сканерлеуші, атомдық-күштік микроскоптардың жұмыс істеу принципін түсіндіру.

1980 жылы ІВМ фирмасының Швейцариядағ ы бө лімшесінің қ ызметкерлерімен бірге Г. Биннинг жə не Г. Рорермен қ ұ растырғ ан сканерлеуші туннельдік микроскоп (СТМ) ө лшемдері 0, 01нм болатын металдық жə не жартылай ө ткізгіш тө сеніштер зақ ымданбай бақ ылауғ а жə не анализдеуге мү мкіндік берді. СТМ кө мегімен атомдық ажырату қ абілеті арқ ылы ө ткізгіш Туннельдік-зондтық нанотехнологияның физикалық негіздері материалдар болатын келетін ə ртү рлі монокристалдық жə не поликристалдық материалдардың бет бедерінің бейнелері алынғ ан болатын, қ атты денелердің бет бедерлерін зерттеудің жаң а ə дістері ойлап табылды.

СТМ жұ мыс істеу принципі қ арапайым: сканерлеуші туннельдік зонд ү ш координаталы пьезоқ ұ рал ішіне орнатылғ ан жə не зерттелетін ү лгі бетіне перпендикуляр орнатылатын металдық ине тə різдес электрод ретінде келеді. Пьезоқ ұ рал арқ ылы зонд туннельдік ток пайда болғ анғ а дейін ү лгінің бетіне қ арай жылжитын болады. Бұ л туннельдік ток зонд пен ү лгі бетінің арасындағ ы саң ылау жə не электродтар арасындағ ы кернеумен анық талатын болады. Егер де туннельдік ток жə не кернеу тұ рақ ты болса, онда зонд арқ ылы сканерлеген кезде зерттеліп отырғ ан ү лгінің бет бедері туралы ə ртү рлі ақ парат алуғ а болады. СТМ зерттелетін материалдардың бет бедерінің физикасын атомдық дең гейде зерттеудегі таптырмайтын қ ұ рал болып келеді. Туннельдік микроскопия ə ртү рлі процестерді, соның ішінде химиялық немесе иондық ө ң деу процестері кезіндегі материалдар бет бедерлері қ ұ рылымының ө згеруін, сонымен қ атар пленкаларды алудағ ы ə ртү рлі процестерді зерттеуге мү мкіндік берді. Кейінгі зерттеу жұ мыстары СТМ негізінде зондтық нанотехнология сияқ ты жаң а технологияны дамытуғ а болатынын кө рсетті. Бұ л технологияның негізінде туннельдік зондты ə ртү рлі ү лгілер бетіне кейбір объектілерді ө рнектеу, сонымен қ атар ол объектілерді нанометрлік аймақ тарда қ алыптастыру ү шін қ олдануғ а болады. Зонд ə ртү рлі материалдардың бет бедерлерін зерттеу ү шін айтарлық тай жетістіктерге қ ол жеткізуге мү мкіндік берді. Зонд айтарлық тай сезімтал арқ алық қ а (зонды бар арқ алық жə не оның ұ стағ ышы кантилевер деп аталады) бекітілетін сканерлеуші атомдық -кү штік микроскоптар (АКМ) қ ұ растырылғ ан болатын. Атомдық -кү штік микроскоптар диэлектрлік ү лгілердің бет бедерін атомдық ажырату қ абілетімен зерттеуге мү мкіндікбереді. Туннельдік – зондтық нанотехнология (ТЗН) екі негізгі бағ ыт бойынша дами бастады: ультражоғ ары вакуумды нанотехнология жə не атмосфералық қ ысымдағ ы газдар мен сұ йық тардағ ы
нанотехнология, себебі жоғ ары вакуумда да, атмосфералық жағ дайларда да жұ мыс істейтін СТМ қ ұ растырылғ ан болатын. Жоғ ары вакуумды ТЗН негізгі артық шылық тары ретінде жекелеген молекулалар мен атомдардың орын ауыстыруына байланысты ə рекеттер жасауғ а мү мкіндік беретін таза кө лемдегітаза ү лгілермен жұ мыс істеу мү мкіндігін айтып кетуге болады.
Алайда ине тə різдес электрод пен ү лгі арасындағ ы массалық тасымал, молекулалар мен атомдардың ү лгі бетінде жинақ талуы, олардың электродтар аралық саң ылаудан алыстауы жə не қ оспалардың вакуумдық кө лемнен келіп тү суі ү лгінің бет бедері мен кө лем ішіндегі жағ дайларғ а ə сер етуі мү мкін. Атомды-кү штік микроскопия ә дісі микроскоптың ө лшеуші элементі – ине (сезімтал элементтің кө лемі 1-10 нм) жә не зерттелетін макромолекуланың беткейін сканирлеу арасындағ ы Ван-дер-Ваальс кү штерін мониторинг жасауына негізделген. Байланысуын талдауда макромолекуланың суретте кө рініс алуғ а болады, оның кө лемін анық тауғ а жә не ауру маркерлерімен зонд молекулаларымен қ ұ ралғ ан кешенді табу: мысалы, фермент-субстрат, антиген-антидене жә не т. б. кешендерді.

Сканирлеуші зондты микроскоптың ең кө п таралғ ан тү рлерінің бірі атомды-кү шті микроскопия (АКМ) болып табылады. 1985 жылы Г. Бинниг қ атты дене бетіндегі атом аралық тебілу кү штерін жә не зонд тарапынан кө рсетілген қ ысымды бағ алап, зонд пен ү лгі бетінің бұ зылмайтын байланысының мү мкіндігін кө рсетті. Ал 1986 жылы Г. Бинниг, Х. Гербер жә не С. Квайт атомды-кү шті микроскоптың алғ ашқ ы нұ сқ асын ойлап шығ арды. Бұ л приборда жазық серіппенің соң ына бекітілген ө ткір ине зонд ретінде қ олданылды, ал серіппенің вертикаль орын ауыстыруы кантилевердің астына орналастырылғ ан туннельді тоқ тың датчигі арқ ылы детектирленді. Сонымен қ оса, аспаптың сезімталдығ ы туннельді микроскоптың сезімталдығ ымен анық талды. Кантилевер кристалды сапфирдің инесі жапсырылғ ан жің ішке қ алайы фольгасынан жасалды. Қ азіргі кезде инені TiN, W₂C, Pt, Au жасалғ ан жабындылар мен Fe-Ni/Cr, Co/Cr, CoSm/Cr магнитті материалдарды пайдалана отырып алмаздан, кремнийден немесе кремний нитридінен дайындайды.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒