4.Електростатична силова мікроскопія

Метод електростатичної силової мікроскопії є ефективним засобом досліджень магнітних структур на субмикронном рівні. Отримувані з допомогою ЕССМ зображення є просторового розподілу деякого параметра, що характеризує магнітна взаємодія зонд-зразок, наприклад, силу взаємодії, амплітуду коливань магнітного зонда і т.д. Магнітний зондовий датчик є стандартним кремнієвим (або виготовленим з нітриду кремнію) зондові датчиком, покритих плівкою з магнітного матеріалу. ЕССМ вимірювання дозволяють проводити дослідження магнітних центр структур з високою просторовою роздільною здатністю, запис і зчитування інформації з магнітної середовищі, процесів перемагнічування і т.д.

При проведенні магнітних досліджень на субмікронному рівні насамперед необхідно відокремити «магнітні» зображення від зображень рельєфу. Для вирішення цієї проблеми магнітні вимірювання проводяться за двопроходною методикою. На першому проході визначається рельєф поверхні по контактному або преривисто-контактним ("пролуконтактному") методів. На другому проході кожної лінії сканування (або зображення в цілому) кантілевер піднімаються над поверхнею і сканування здійснюється відповідно до запомненным рельєфом. В результаті на другому проході відстань між сканується поверхнею і закріпленим кінцем кантілевера підтримується постійним. При цьому відстань зонд-поверхня має бути достатньо великим, щоб зневажити силами Ван дер--Ваальса, так що на другому проході кантілевер піддається впливу тільки далі магнітної сили. Згідно з цим методом і зображення рельєфу і магнітне зображення можуть бути отримані одночасно.

В ЕССМ на другому проході реєструється відхилення неподвижного кантілевера. Це відхилення обумовлено магнітним взаємодією зонда з зразком (подібно взаємодії, яка реєструється в Контактному Метод). Величина магнітної сили, що діє на зонд, може бути визначена шляхом множення відхилення кантілевера на величину його жорсткості. Внаслідок малої величини магнітного зонда його можна розглядати як точковий магнітний диполь. У цьому наближенні сила F, діюча на кантілевер на другому проході, може бути представлена у вигляді:

F = (m grad) H,

де m - ефективний магнітний момент зонда, H - поле розсіювання зразка. Це вираз є похідною від енергії Зеемана, взятої з зворотним знаком.

Даний метод, що дозволяє обходитися без втручання в структуру нанооб'єктів при дослідженні їх внутрішніх властивостей і станів, а також виявляє зв'язок цих властивостей з функціонуванням нанооб'єктів, стане незамінним інструментом в самих різних областях наукових досліджень. Він виявився особливо важливим для наномедицини у сфері біомедичної діагностики, оскільки відкриває доступ до безпомилковому розпізнавання біологічних макро-молекул. До того ж, наш метод помітно полегшить вивчення наночасток в дослідженнях навколишнього середовища і сприятиме отриманню нових способів захисту від самого небезпечного типу забруднювачів – наночастинок.

На рисунку 8 ми можемо побачити зображення багатошаровії вуглецевої нанотрубки, отримане за домопогою методу електростатичної силової мікроскопії а також зразка графену отримане тим самим методом.

а б

Рисунок 8 а- зображення багатошаровії вуглецевої нанотрубки

б- зображення зразка графену

Зараз технологій електростатичної силової мікроскопії застосовується до вивчення мікроскопічних організмів, зокрема, вірусів. З'ясувавши їх діелектричні характеристики, що залишалися до справжнього моменту невідомими, вони зможуть остаточно розібратися в важливих аспектів життєдіяльності шкідливих мікроорганізмів. Наприклад, завдяки новій методиці вдалося швидко відокремити віруси, що містять власну ДНК, ділянки якої можуть бути впроваджені в ДНК господаря, від простих вірусів.

Ці результати також є проривом у фундаментальних дослідженнях дiелектричних матерiалiв, що лежать в основі нового покоління наноелектронних пристроїв. Технологія може пролити світло на діелектричні параметри нещодавно винайдених нанокомпозитів і гібридних нанопристроїв і відповісти на питання, який же мінімальний розмір діелектрика, при якому він здатний зберігати необхідні властивості - іншими словами, наскільки далеко в плані зменшення розмірів електронних компонентів ми можемо зайти.