сканирующий атомно-силовой микроскоп

СКАНИРУЮЩИЙ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОП - прибор для изучения поверхностей твёрдых тел с разрешающей способностью порядка межатомных расстояний, основанный на сканировании исследуемого участка образца S(x, у)плоской пружиной, свободный конец к-рой (или укреплённое на нём остриё) удалён от поверхности образца на расстояние r в неск. Изобретён Г. Биннингом (G. Binning), К. Ф. Куатом (С. F. Quate) и К. Гербером (С. Gerber) в 1986. При таких расстояниях сила взаимодействия между двумя ближайшими атомами, расположенными соответственно на кончике острия и на поверхности образца, составляет 10^-7-10^-9 Н. При жёсткости упругого элемента порядка 1 Н/м это приводит к измеримой деформации пружины. При сканировании цепь обратной связи поддерживает деформацию пружины (и тем самым силу взаимодействия), соответственно изменяя z. Синхронная со сканированием запись сигнала обратной связи V_z представляет собой запись профиля поверхности пост. силы F(x, у), т. е. фактически поверхности образца.

Т. к. силы взаимодействия между атомами острия и поверхности быстро спадают с расстоянием (для сил притяжения типа Ван-дер-Ваальса при взаимодействии двух атомов как z^-7, для сил отталкивания при потенциале Ленарда - Джонса как z^-13; см. Межатомное взаимодействие, Межмолекулярное взаимодействие), то разрешающая способность С. а--с. м. может достигать 0,001 нм по z и 0,1 нм по х, у. Прибор может работать в вакууме и жидкости, значительно хуже - при обычных атм. условиях, когда поверхностные плёнки влаги приводят к слипанию кончика упругого элемента с поверхностью образца, к росту действующих между ними сил F на неск. порядков и к значит. гистерезису зависимости F(z).

Устройство С. а--с. м. во многом аналогично устройству сканирующего туннельного микроскопа. Принципиальным отличием является то, что стабилизируется не ток между остриём и образцом, а деформация чувствит. элемента. Для её измерения в первых С. а--с. м. использовалось измерение туннельного тока между тыльной (по отношению к образцу) стороной плоской пружины и подводимым к ней дополнит. электродом - остриём; применяются также оптич. методы, основанные на наблюдении интерференции или отклонения луча света, отражающегося от чувствит. элемента.

Изображение поверхности скола графита - плоскость (0001). Максимальные вариации уровня от светлого к тёмному ~ 0,015 нм.

С. а--с. м. можно преобразовать в прибор для зондирования магн. полей с субмикронным разрешением; при этом на кончике пружины закрепляется крупинка ферромагн. материала. Другие области применения те же, что и для сканирующей туннельной микроскопии. Преимущество С. а--с. м.- возможность изучения (с атомным разрешением) поверхности не только проводников, но и диэлектриков (рис.).

Лит. см. при ст. Сканирующий туннельный микроскоп. В. С. Эделъман.

   <<      Предметный указатель      >>