Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Самый «продвинутый» в мире сканирующий зондовый микроскоп
В последние десятилетия ученые используют уникальные микроскопы для исследования строения веществ, к ним относится и сканирущий зондовый микроскоп, отмеченный четверть века назад нобелевской премией. Прибор позволяет изучать материалы и строение бактерий, вирусов и ДНК в нормальных для них условиях. Многие исследования приходится проводить в условиях чрезвычайно низких температур, сверхвысокого вакуума и в присутствии сильных магнитных полей. Так были сделаны открытия сверхпроводимости, квантового эффекта Холла и дробного квантового эффекта Холла.
Ученые из Национального Института Стандартов и Технологий США (the National Institute of Standards and Technology - NIST), Университета Мериленда, Janis Research Company, Inc., и Сеульского государственного университета разработали и изготовили самый «продвинутый» в мире сканирующий зондовый микроскоп ULTSPM (ultra-low temperature scanning probe microscope).
Как сообщает журнал Review of Scientific Instruments, ULTSPM работает при более низких температурах и более сильных магнитных полях, чем любой другой микроскоп, что позволяет этому прибору различать энергетические уровни электронов с разницей в одну миллионную электронвольта. Такое уникальное разрешение позволило сделать новые открытия при исследовании свойств графена.
Чтобы добиться такого результата, надо было объединить достаточно «грубую» юстировку зонда и тонкие движения, ведь наконечник зонда находится буквально на расстоянии двух атомов от поверхности исследуемого материала. А также получить сверхвысокий вакуум, надежную виброизоляцию и криогенную изоляцию, объясняет один из создателей прибора из NIST Джозеф Строшио (Joseph Stroscio).
Команде ученых пришлось решить много технических проблем. Раньше использовались механические системы для передвижения наконечника зонда, который не работал за пределами определенных температур, теперь ученые разработали чувствительные пьезоэлектрические приводные механизмы. Микроскоп расположили на 6-тонном гранитном столе, отделенном набором пневматических амортизаторов от 110-тонной бетонной плиты с другим набором амортизаторов, управляемых компьютером.
Для работы при ультранизких температурах в 10 милликельвинов, исследователи изготовили специальный холодильник для ванны трехметровой глубины, заполненной 250 литрами жидкого гелия. Для защиты от электромагнитного излучения, которое может нагреть микроскоп, устройство поместили в отдельную экранированную от излучения комнату. Чтобы готовить образцы и зонды, не нарушая условий идущих экспериментов, ученые построили герметичную вакуумную систему сообщения, которую можно отсоединять от камеры.
Пять лет понадобилось ученым, чтобы воплотить свои идеи в создание нового микроскопа. На очереди новые открытия в физике наномира.
