|
многих органических пленок и биологических объектов – белков, вирусов.
Возможности микроскопа велики. С помощью иглы микроскопа даже наносят
рисунки на металлические пластины. Для этого используют в качестве «пишущего»
материала отдельные атомы – их осаждают на поверхность или удаляют с нее. Таким
образом в 1991 году сотрудники фирмы ИБМ написали атомами ксенона на
поверхности никелевой пластины название своей фирмы – IBM. Букву «I» составили
всего 9 атомов, а буквы «B» и «M» – 13 атомов каждую.
Следующим шаг в развитии сканирующей зондовой микроскопии сделали в 1986
году Биннинг, Квейт и Гербер. Они создали атомносиловой микроскоп. Если в
туннельном микроскопе решающую роль играет резкая зависимость туннельного тока
от расстояния между зондом и образцом, то для атомносилового микроскопа
решающее значение имеет зависимость силы взаимодействия тел от расстояния между
ними.
Зондом атомносилового микроскопа служит миниатюрная упругая пластина –
кантилевер. Причем один ее конец закреплен, на другом же конце сформировано
зондирующее острие из твердого материала – кремния или нитрида кремния. При
перемещении зонда силы взаимодействия между его атомами и неровной поверхностью
образца будут изгибать пластину. Добившись такого перемещения зонда, когда
прогиб остается постоянным, можно получить изображение профиля поверхности.
Такой режим работы микроскопа, называющийся контактным, позволяет измерять с
разрешением в доли нанометра не только рельеф, но и силу трения, упругость и
вязкость исследуемого объекта.
Сканирование в контакте с образцом довольно часто приводит к его
деформации и разрушению. Воздействие зонда на поверхность может быть полезным,
например, при изготовлении микросхем. Однако зонд способен легко порвать тонкую
полимерную пленку или повредить бактерию, вызвав ее гибель. Чтобы избежать
этого, кантилевер приводят в резонансные колебания вблизи поверхности и
регистрируют изменение амплитуды, частоты или фазы колебаний, вызванных
взаимодействием с поверхностью. Такой метод позволяет изучать живые микробы:
колеблющаяся игла действует на бактерию, как легкий массаж, не причиняя вреда и
позволяя наблюдать за ее движением, ростом и делением.
В 1987 году И. Мартин и К. Викрамасингх (США) предложили в качестве
зондирующего острия использовать намагниченную микроиглу. В результате появился
магнитносиловой микроскоп.
Такой микроскоп позволяет разглядеть отдельные магнитные области в
материале – домены – размером до 10 нм. Его также применяют и для сверхплотной
записи информации, формируя на поверхности пленки домены с помощью полей иглы и
постоянного магнита. Подобная запись в сотни раз плотнее, чем на современных
магнитных и оптических дисках.
На мировом рынке микромеханики, где заправляют такие гиганты, как ИБМ,
«Хитачи», «Жиллетт», «Поляроид», «Олимпус», «Джойл», «Диджитал инструментс»,
нашлось место и для России. Все громче слышен голос маленькой фирмы МДТ из
подмосковного Зеленограда.
«Давайте скопируем на пластину, в 10 раз меньшую человеческого волоса,
наскальный рисунок, выполненный нашими далекими предками, – предлагает главный
технолог Денис Шабратов. – Компьютер управляет "кистью", зондом – иглой длиной
15 микрон, диаметром в сотые доли микрона. Игла движется вдоль "полотна", и там,
где его касается, появляется мазок размером с атом. Постепенно на экране
дисплея возникает олень, за которым гонятся всадники».
МДТ единственная в стране фирмаизготовитель зондовых микроскопов и самих
зондов. Она входит в четверку мировых лидеров. Изделия фирмы покупают в США,
Японии, Европе.
А все началось с того, что Денис Шабратов и Аркадий Гологанов, молодые
инженеры одного из оказавшихся в кризисе институтов Зеленограда, думая, как
жить дальше, выбрали микромеханику. Они не без основания посчитали ее наиболее
перспективным направлением.
«Мы не комплексовали, что придется соперничать с сильными конкурентами, –
вспоминает Гологанов. – Конечно, наше оборудование уступает импортному, но, с
другой стороны, это заставляет исхитряться, шевелить мозгами. А уж онито у нас
точно не хуже. И готовности пахать хоть отбавляй. Работали сутками, без
выходных. Самым трудным оказалось даже не изготовить суперминиатюрный зонд, а
продать. Знаем, что наш лучший в мире, кричим о нем по Интернету, засыпаем
клиентов факсами, словом, бьем ножками, как та лягушка, – ноль внимания».
Узнав, что один из лидеров по производству микроскопов – японская фирм
«Джойл» ищет иглы очень сложной формы, они поняли, что это их шанс. Заказ стоил
много сил и нервов, а получили гроши. Но деньги не были главным – теперь они
могли во весь голос объявить: знаменитый «Джойл» – наш заказчик. Подобным
образом почти полтора года МДТ бесплатно изготавливала специальные зонды для
Национального института стандартов и технологий США. И новое громкое имя
появилось в списке клиентов.
«Сейчас поток заказов таков, что мы уже не можем удовлетворить всех
желающих, – говорит Шабратов. – Увы, это специфика России. Опыт показал, у нас
имеет смысл выпускать столь наукоемкую продукцию малыми сериями, массовое же
производство – налаживать за рубежом, где нет срывов поставок, низкого их
качества, необязательности смежников».
Возникновение сканирующей зондовой микроскопии удачно совпало с началом
бурного развития компьютерной техники, открывающей новые возможности
использования зондовых микроскопов. В 1998 году в Центре перспективных
технологий (Москва) создана модель сканирующего зондового микроскопа
«ФемтоСкан001», которым управляют также через Интернет. Теперь в любой точке
|
|