Сканирующие микроскопы: принципы действия, устройство, применения

1. Сканирующие микроскопы: принципы действия, устройство, применения

2. Информационный слайд (Тип А) Партитуру химии надо не просто исполнить, ее надо сочинить!Жан-Мари Лен

3. Информационный слайд (Тип А) Три основных условия для возникновения и бурного развития новой научной дисциплины «Во-первых, необходимо признание новой парадигмы, показывающей значение разрозненных и на первый взгляд не связанных наблюдений, данных, результатов и объединяющей их в единое когерентное целое. Во-вторых, нужны инструменты для изучения объектов данной области… В-третьих, необходима готовность научного сообщества воспринять новую парадигму так, чтобы новая дисциплина могла найти отклик не только среди занимающихся непосредственно ею специалистов, но и в близких (и не очень близких) областях науки». Жан-Мари Лен

4. Информационный слайд (Тип А) Создатели сканирующего туннельного микроскопа Г.Рорер и Г.Биннинг Первый из семейства зондовых микроскопов- был изобретен в1981 году швейцарскими учеными Гердом Биннигом и Генрихом Рорером. В своих работах они показали достаточно простой и способ исследования поверхности с пространственным разрешением вплоть до атомарного. Настоящее признание данная методика получила после визуализации атомарной структуры поверхности ряда материалов и, в частности, реконструированной поверхности кремния. В 1986 году за создание туннельного микроскопа Г. Биннигу и Г. Рореру была присуждена Нобелевская премия по физике.

5. Информационный слайд (Тип А) Принцип работы сканирующего зондового микроскопа (СЗМ)

6. Информационный слайд (Тип А) Устройство СЗМ. Перемещение зонда. Для прецизионного перемещения зонда (или образца) широкое распространение получили трубчатые пьезосканеры.

7. Информационный слайд (Тип А) Методики СЗМ: Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) Схема туннелирования электронов через потенциальный барьер

8. Информационный слайд (Тип А) Устройство СТМ

9. Информационный слайд (Тип А) Формирование изображения методом СТМ по методу постоянного туннельного тока

10. Информационный слайд (Тип B) Формирование изображения методом СТМ по методу постоянного туннельного тока. (анимация 3_2_Сканирующие микроскопы\Constant Current mode_ru_n.swf)

11. Информационный слайд (Тип А) Формирование изображения методом СТМ по методу постоянной высоты

12. Информационный слайд (Тип B) Формирование изображения методом СТМ по методу постоянной высоты (анимация Constant 3_2_Сканирующие микроскопы\Constant_height_mode3_ru_n.swf)

13. Информационный слайд (Тип А) Методики СЗМ: Атомно-силовая микроскопия (АСМ) Потенциал Леннарда - Джонса Схематическое изображение зонда

14. Информационный слайд (Тип А) Регистрация малых углов изгиба консоли зонда АСМ

15. Информационный слайд (Тип А) Устройство АСМ

16. Информационный слайд (Тип А) Формирование изображения методом АСМ постоянная сила взаимодействия образца с поверхностью

17. Информационный слайд (Тип B) Формирование изображения методом АСМ Постоянная сила взаимодействия образца с поверхностью (анимация 3_2_Сканирующие микроскопы\Constant_Force_mode_ru_n.swf)

18. Информационный слайд (Тип А) Формирование изображения методом АСМ Постоянное расстояние между зондом и образцом

19. Информационный слайд (Тип B) Формирование изображения методом АСМ Постоянное расстояние между зондом м образцом (анимация 3_2_Сканирующие микроскопы\Constant_Height_mode_ru_n.swf)

20. Информационный слайд (Тип А) Методики СЗМ: Магнитно-силовая микроскопия (МСМ) Методика МСМ отличается от АСМ применением зондов с покрытием из ферромагнитного материала

21. Информационный слайд (Тип А) Методики СЗМ. 1. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) - контактная АСМ: Метод постоянной высоты, Метод постоянной силы, Контактный метод рассогласования, Метод латеральных сил, Отображение Сопротивления растекания, Метод модуляции силы, Атомно-силовая акустическая микроскопия (АСАМ), АСАМ контактная резонансная спектроскопия, Силовая микроскопия пьезоотклика. - амплитудно-модуляционная АСМ:"Полуконтактный" метод, Метод отображения фазы, "Полуконтактный" метод рассогласования, Бесконтактный метод. - Электростатическая силовая микроскопия (ЭСМ): Контактная ЭСМ, Сканирующая емкостная микроскопия, Кельвин-зондовая силовая микроскопия. - магнитно-силовая микроскопия (МСМ): Статическая МСМ, Динамическая МСМ, Диссипативная силовая микроскопия. - АСМ Спектроскопия: Силовая спектроскопия, Отображение адгезионных сил, Амплитудная спектроскопия, Фазовая спектроскопия, Частотная спектроскопия, Резонансная спектроскопия 2. Сканирующая туннельная микроскопия. Метод постоянного тока, Метод постоянной высоты, Отображение плотности состояний, I(z) Спектроскопия, I(V) Спектроскопия 3. Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия. Поперечно-силовая микроскопия. Метод пропускания. Метод отражения, Люминесцентный метод. 4. Литография. Источник:http://www.ntmdt.ru/spm-principles

22. Информационный слайд (Тип А) Современные зондовые микроскопы Современные зондовые микроскопы – это полностью автоматизированные измерительные комплексы позволяющие использовать десятки зондовых методик объединённых в одном приборе. СЗМ NEXT (NT-MDT, Россия)

23. Информационный слайд (Тип А) Применение СЗМ Зондовые микроскопы широко применяются для исследования топографии поверхности и исследования её физических свойств. изображение жёсткого диска (МСМ, 2,5х2,5 мкм) DVD матрица(АСМ, 1,9х1,9 мкм) Источник:http://www.ntmdt.ru/scan-gallery

24. Информационный слайд (Тип А) Применение СЗМ Зондовые микроскопы широко применяются для исследования топографии поверхности и исследования её физических свойств. Наноостровки кремния (АСМ), 3,2х3,2 мкм) Поверхность неполированного кремния (АСМ, 20х20 мкм) Источник:http://www.ntmdt.ru/scan-gallery

25. Информационный слайд (Тип А) Применение СЗМ Зондовые микроскопы широко применяются для исследования топографии поверхности и исследования её физических свойств. Атомные слои на графите (АСМ, 1,9х1,9 мкм) Поверхность графена (СТМ, 7х7 нм) Источник:http://www.ntmdt.ru/scan-gallery

26. Информационный слайд (Тип А) Применение СЗМ. Биология и Биотехнология. Две клетки Helicobacter pylori (АСМ, 7,2х7,2 мкм) Клетки крови (АСМ, 50х50 мкм) ДНК (АСМ, 310х310 нм) Источник:http://www.ntmdt.ru/scan-gallery

27. Информационный слайд (Тип А) Применение СЗМ. Литография. «Вольтовая» литография (АСМ, 1,6х2 мкм) «Вольтовая» литография (АСМ, 8х8 мкм) Источник:http://www.ntmdt.ru/scan-gallery

28. Информационный слайд (Тип А) Самый маленький логотип В ноябре 1989 года группа исследователейиз IBM продемонстрировали возможность манипулировать отдельными атомами при помощи сканирующего туннельного микроскопа. Для примера атомами ксенона на никелевой подложке был выложен логотип компании IBM. Источник:http://www-03.ibm.com/ibm/history/exhibits/vintage/vintage_4506VV1003.html

29. Информационный слайд (Тип С) Мальчик и его атом В 2012 году учёные из IBM с помощью сканирующего туннельного микроскопа сделали полутораминутный мультфильм «Мальчик и его атом», занесенный в Книгу рекордов Гиннесcа как самый маленький анимационный фильм в мире. (видео) 3_2_Сканирующие микроскопы\a-boy-and-his-atom.mp4 Источник:http://www.research.ibm.com/articles/madewithatoms.shtml#fbid=tBf4d4kUHx6

30. Информационный слайд (Тип А) Многозондовые устройства В 2005 году на выставке CeBit в Ганновере компания IBM представила работоспособный чип устройства квантового хранения данных - "Millipede" Источник:http://old.nanonewsnet.ru/index.php?func=viewpub&module=Pagesetter&pid=62&tid=9

31. Информационный слайд (Тип С) Многозондовое устройство памяти (видео) 3_2_Сканирующие микроскопы\Millipede.mp4

32. Литература • МироновВ.Л. «Основы сканирующей зондовой микроскопии». г.Нижний Новгород, 2004 г. – 110с • Биннинг Г., Рорер Г. «Сканирующая туннельная микроскопия – от рождения к юности». Успехи физических наук. 1988 г., том 154, вып. 2, стр. 261-278. • http://www.foresight.org/UTF/Unbound_LBW/chapt_4.html • http://www.ntmdt.ru/spm-principles • http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/659.wss