22. Сканерлеуші туннельді микроскоп (стм)

1980 жылы ІВМ фирмасының Швейцариядағы бөлімшесінің қызметкерлерімен бірге Г. Биннинг жəне Г. Рорермен құрастырған сканерлеуші туннельдік микроскоп (СТМ) өлшемдері 0,01нм болатын металдық жəне жартылай өткізгіш төсеніштер зақымданбмай бақылауға жəне анализдеуге мүмкіндік берді.СТМ көмегімен атомдық ажырату қабілеті арқылы өткізгіш Туннельдік-зондтық нанотехнологияның физикалық негіздері материалдар болатын келетін əртүрлі монокристалдық жəне поликристалдық материалдардың бет бедерінің бейнелері алынған болатын, қатты денелердің бет бедерлерін зерттеудің жаңа əдістері ойлап табылды.

СТМ жұмыс істеу принципі қарапайым: сканерлеуші туннельдік зонд үш координаталы пьезоқұрал ішіне орнатылған жəне зерттелетін үлгі бетіне перпендикуляр орнатылатын металдық ине тəріздес электрод ретінде келеді. Пьезоқұрал арқылызонд туннельдік ток пайда болғанға дейін үлгінің бетіне қарай жылжитын болады. Бұл туннельдік ток зонд пен үлгі бетінің арасындағы саңылау жəне электродтар арасындағы кернеумен анықталатын болады. Егер де туннельдік ток жəне кернеу тұрақты болса, онда зонд арқылы сканерлеген кезде зерттеліп отырған үлгінің бет бедері туралы əртүрлі ақпарат алуға болады. СТМ зерттелетін материалдардың бет бедерінің физикасын атомдық деңгейде зерттеудегі таптырмайтын құрал болып келеді.Туннельдік микроскопия əртүрлі процестерді, соның ішінде химиялық немесе иондық өңдеу процестері кезіндегі материалдар бет бедерлері құрылымының өзгеруін, сонымен қатар пленкаларды алудағы əртүрлі процестерді зерттеуге мүмкіндік берді. Туннельдік микроскопты ойлап тапқан ғалымдар бірінші болып оны туннельдік зондтан материалдың булануы арқылы өткізгіш төсенішін алуға болатыны туралы жария еткен.Кейінгі зерттеу жұмыстары СТМ негізінде зондтық нанотехнология сияқты жаңа технологияны дамытуға болатынын көрсетті.Бұл технологияның негізінде туннельдік зондты əртүрлі үлгілер бетіне кейбір объектілерді өрнектеу, сонымен қатар ол объектілерді нанометрлік аймақтарда қалыптастыру үшін қолдануға болады.Зонд əртүрлі материалдардың бет бедерлерін зерттеу үшін айтарлықтай жетістіктерге қол жеткізуге мүмкіндік берді. Зонд айтарлықтай сезімтал арқалыққа (зонды бар арқалық жəне оның ұстағышы кантилевер деп аталады) бекітілетін сканерлеуші атомдық-күштік микроскоптар (АКМ) құрастырылған болатын. Атомдық-күштік микроскоптар диэлектрлік үлгілердің бет бедерін атомдық ажырату қабілетімен зерттеуге мүмкіндікбереді. Туннельдік – зондтық нанотехнология (ТЗН) екі негізгі бағыт бойынша дами бастады: ультражоғары вакуумды нанотехнология жəне атмосфералық қысымдағы газдар мен сұйықтардағы нанотехнология, себебі жоғары вакуумда да, атмосфералық жағдайларда да жұмыс істейтін СТМ құрастырылған болатын. Жоғары вакуумды ТЗН негізгі артықшылықтары ретінде жекелеген молекулалар мен атомдардың орын ауыстыруына байланысты əрекеттер жасауға мүмкіндік беретін таза көлемдегітаза үлгілермен жұмыс істеу мүмкіндігін айтып кетуге болады. Алайда ине тəріздес электрод пен үлгі арасындағы массалық тасымал, молекулалар мен атомдардың үлгі бетінде жинақталуы, олардың электродтар аралық саңылаудан алыстауы жəне қоспалардың вакуумдық көлемнен келіп түсуі үлгінің бет бедері мен көлем ішіндегі жағдайларға əсер етуі мүмкін. Газдар мен сұйықтардағы ТЗН концепциясы бойынша белгілі бір талаптарға сай етіп таңдалып алынған ультражоғары жиілікті технологиялық тасымалдағыштар арқылы терең вакууммен байланысқан нанотехнологиядан кейбір параметрлер бойынша кем түспейді. Бұл жағдайдағы əсер ету объектілері ретінде жекелеген атомдар мен молекулалар емес, өлшемдері 10-30 нм болатын объектілер болып келетін, мысалы, кластерлер.