Многообразие проявлений причинно-следственных связей в материальном мире обусловило существование нескольких моделей причинно-следственных отношений. Исторически сложилось так, что любая модель этих отношений может быть сведена к одному из двух основных типов моделей или их сочетанию.

Микроскопия вчера, сегодня, завтра

Взгляд в будущее

Какой будет рентгеновская микроскопия в будущем? Скорее всего, основным направлением в этой области станет повышение разрешающей способности. Ряд ведущихся в настоящее время экспериментов дает основание полагать, что с помощью специальных приемов его можно будет довести до 10–20

Обратимся к событиям 40-летней давности. В 1956 г. сотрудник картографической службы военного ведомства США Дж.О’Кифи предложил конструкцию микроскопа, в котором свет должен был выходить из крошечного отвестия в непрозрачном экране и освещать объект, расположенный очень близко от экрана. Свет, прошедший через образец или отраженный от него обратно в отверстие, должен был регистрироваться в процессе возвратно-поступательного движения (сканирования) образца. О’Кифи назвал свой метод растровой микроскопией ближнего поля и указал, что разрешение такого микроскопа ограничивается не длиной волны света, а только размером отверстия. Теоретически такое устройство могло бы давать изображение деталей размером меньше, чем половина длины волны. Однако в то время отсутствовали прецизионные устройства позиционирования и перемещения и идея не могла быть реализованной полностью.

В 1972 г. Р.Янг из Национального бюро стандартов США сумел осуществить перемещение (и позиционирование) объектов в трех направлениях с точностью до 1 нм, использовав перемещающие устройства на базе пьезоэлектриков (о них мы уже говорили в разделе, где описывался ультразвуковой микроскоп). Пьезоэлектрические управляющие устройства открыли путь к созданию одного из современных вариантов микроскопа ближнего поля – растрового, или сканирующего, туннельного микроскопа, изобретатели которого, Г. Бинниг и Г. Рорер, из компании IBM (США) были удостоены Нобелевской премии в 1986 г.

В сканирующем туннельном микроскопе роль отверстия играет тончайшее металлическое (как правило, вольфрамовое) острие, или зонд, кончик которого может представлять собой один-единственный атом и иметь размер в поперечнике около 0,2 нм. Пьезоэлектрические устройства подводят зонд на расстояние 1–2 нм от поверхности исследуемого электропроводящего объекта – настолько близко, что электронные облака на кончике зонда и ближайшего к нему атома объекта перекрываются. Если теперь между объектом и зондом создать небольшую разность потенциалов, электроны будут «перескакивать» через зазор (или, как говорят физики, туннелировать), и появится слабый туннельный ток. Величина этого тока чрезвычайно чувствительна к ширине зазора: обычно она уменьшается в 10 раз при увеличении зазора на 0,1 нм.

Пьезоэлектрические двухкоординатные манипуляторы перемещают зонд вдоль поверхности образца, формируя растр наподобие того, как это делается в электронном микроскопе. При этом параллельные строки растра отстоят друг от друга на доли нанометра. Если бы кончик зонда не повторял профиль поверхности, то туннельный ток менялся бы в очень широких пределах, увеличиваясь в те моменты, когда зонд проходит над выпуклостями (например, над атомами на поверхности), и уменьшаясь до ничтожно малых значений при прохождении зазоров между атомами. Однако зонд заставляют двигаться верх и вниз в соответствии с рельефом поверхности. Осуществляется это с помощью механизма обратной связи, который улавливает начинающееся изменение туннельного тока и изменяет напряжение, прикладываемое к третьему манипулятору, который двигает зонд в направлении, перпендикулярном поверхности, таким образом, чтобы величина туннельного тока не менялась, т.е. чтобы зазор между зондом и объектом оставался постоянным.

По изменению напряжения на третьем зонде компьютер строит трехмерное изображение поверхности. При этом разрешающая способность микроскопа достигает атомного уровня, т.е. могут быть видны отдельные атомы, размеры которых составляют 0,2 нм. Блок-схема сканирующего туннельного микроскопа показана на рис. 14.

Рассказывая о возможностях сканирующего туннельного микроскопа, нельзя не отметить, что они выходят далеко за рамки чисто микроскопических задач. Например, с его помощью можно, точно прицелившись зондом и приложив нужное напряжение, как бы «рассечь» молекулу на части, оторвав от нее несколько атомов, и исследовать ее электронные свойства. Американские исследователи экспериментально показали, что, прикладывая к зонду определенное напряжение, можно заставить атомы притягиваться к острию или двигаться вдоль поверхности. Чрезвычайно интересные опыты провели экспериментаторы фирмы IBM, написав с помощью атомов инертного газа ксенона на поверхности никеля название своей фирмы.

Перейти на страницу: 1 2 3 4

Немного больше о технологиях >>>

Особенности советской и американской науки
Что мы имели? Сейчас много пишется о разрушении советской науки, о тяжелом положении, в котором оказались ученые и научные сотрудники бывшего СССР. И это действительно так. Чтобы разобраться в этом, рассмотрим хотя бы схематически организацию советской науки. Одной из к ...

Расчет объемов энтальпий воздуха и продуктов сгорания
Расчетно-графическая работа по дисциплине «Котельные установки и пароперегреватели» Выполнил: Дугушкин Д., факультет: ЭН, группа: ТЭ-21 Новосибирский государственный технический университет Кафедра ТЭС Новосибирск 2005 Исходные данные Тип котла ...

Галерея

Tехнологии прошлого

Раскрытие содержания и конкретизация понятий должны опираться на ту или иную конкретную модель взаимной связи понятий. Модель, объективно отражая определенную сторону связи, имеет границы применимости, за пределами которых ее использование ведет к ложным выводам, но в границах своей применимости она должна обладать не только образностью.

Tехнологии будущего

В связи с развитием теплотехники ученые в прошлом веке пришли к простому, но удивительному закону, потрясшему человечество. Это закон (иногда его называют принцип) возрастания энтропии (хаоса) во Вселенной. technologyside@gmail.com
+7 648 434-5512