Сканирующие зондовые микроскопы

Существует много типов устройств, называемых сканирующими зондовыми микроскопами, среди которых стоит отметить сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), атомарно-силовой микроскоп (АСМ), сканирующий оптический микроскоп ближнего поля (СОМБП).

Характерной особенностью этих микроскопов является то, что они сканируют поверхность исследуемого образца при помощи зонда или щупа в виде крошечной металлической иголки. Такие микроскопы обладают повышенной разрешающей способностью (по сравнению с обычными электронными микроскопами) по отношению к «вертикальной» координате изучаемого объекта. В частности, они могут создавать изображение «профиля» поверхности твёрдого тела с точностью до размеров отдельного атома или молекулы. Например, уже самый первый сканирующий туннельный микроскоп, созданный в 1981 году сотрудниками лаборатории фирмы ИБМ в Цюрихе (Швейцария) позволял фиксировать положение конкретных атомов. В таких микроскопах атомарная структура изучается за счёт регистрации туннельного тока, протекающего между зондом и изучаемым участком поверхности. Величина туннельного тока определяется структурными особенностями этой поверхности, имеющими атомарные размеры, вследствие чего по изменениям туннельного тока при сканировании можно «построить» соответствующее изображение.

Поскольку в этом методе измеряется электрический ток, его можно применять только для исследования электропроводящих материалов и поверхностей, что, конечно, существенно ограничивает возможности исследований. Однако уже в 1986 году была разработана конструкция так называемого атомарно-силового микроскопа (АСМ), который позволяет получать изображения и материалов-изоляторов. В АСМ измеряются силу взаимодействия между атомами зонда и атомами поверхности (радиус действия этих сил также соответствует атомарной точности).

Сканирующие зондовые микроскопы могут использоваться не только для изучения поверхности с атомарной точностью, но и для работы в других режимах (например, для измерения электрического или магнитного полей, распределения электростатического потенциала поверхности и т.п.). Их применение уже стимулировало значительный прогресс в исследованиях разнообразных полупроводниковых, металлических и биологических материалов. Помимо этого, в последнее время технику СЗМ стали использовать и для гораздо более важных целей, а именно, для сверхточной обработки поверхностей материалов и для целенаправленной манипуляции отдельными ато­мами и молекулами, что открывает исключительно заманчивые пер­спективы и в научных, и в технологических исследованиях (совершен­но новые возможности обработки вещества, модификация свойств поверхности, повышение точности обработки и многое другое).