1.Возможности, применение, особенности методов сзм

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) — один из мощных современных методов исследования формы и локальных свойств поверхности твердого тела. Разрешение получаемых изображений в 1000 и более раз выше, чем у лучших оптических микроскопов, работающих в ультрафиолетовом диапазоне. Электронные микроскопы имеют не менее высокое разрешение, но они могут работать только с проводниками и полупроводниками в полном вакууме и оказывают разрушающее действие на живые клетки.

C помощью сканирующего зондового микроскопа можно получить цифровое изображение атомарной решетки, живой клетки, интегральной микросхемы, структуры полимера, рабочей поверхности компакт-диска. Получаемые изображения исследуемой поверхности являются по сути трехмерными, т. к. при сканировании в каждой точке образца измеряется ее относительная высота или значение одного из физических свойств: механических (например, жесткости), оптических или электромагнитных. СЗМ применяется в физике, химии, материаловедении, биологии, медицине и на высокотехнологичном производстве.

Зондовые микроскопы имеют рекордное разрешение — менее 0,1 нм. Методы зондовой микроскопии позволяют не только видеть атомы и молекулы, но и воздействовать на них. При этом — что особенно важно — объекты могут изучаться не обязательно в вакууме (что обычно для электронных микроскопов), но и в различных газах и жидкостях. С помощью туннельного микроскопа можно изучать лишь проводящие ток объекты. Однако он позволяет наблюдать и тонкие диэлектрики в виде пленки, когда их помещают на поверхность проводящего материала. 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.

2. Физические основы метода сканирующей туннельной микроскопии (стм). Туннельный эффект.

Физической основой работы СТМ является известный квантово механический эффект туннелирования, согласно которому имеется конечная вероятность прохождения частицы через энергетический барьер, высота которого больше энергии этой частицы; в общем случае вероятность туннелирования определяется как высотой барьера, так и его шириной соотношением

, где - расстояние; кг - масса электрона; - энергия его связи, обычно равная единицам или десяткам электрон-вольт; - постоянная Планка.

Если два проводящих электрода, один из которых плоскость, а другой - острие, разделить воздушным промежутком в несколько единиц или десятков ангстрем и создать между ними разность потенциалов, то через эту систему пойдет туннельный ток:

где - эффективная высота потенциального барьера, - работа выхода исследуемой поверхности, эВ; - зондирующего острия; - расстояние между острием и поверхностью, Å; - разность потенциалов между ними; = 1,025. Эта чрезвычайно сильная зависимость туннельного тока от расстояния и лежит в основе функционирования туннельного микроскопа. Например, при средней работе выхода поверхности и острия примерно 4 эВ туннельный ток изменяется приблизительно на порядок при изменении расстояния на 1 Å. Таким образом, разрешающая способность туннельного микроскопа в направлении, перпендикулярном к поверхности, теоретически может достигать сотых долей ангстрема.