|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Microscope à sonde à balayage. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent La direction la plus jeune et en même temps prometteuse dans l'étude des propriétés de surface est la microscopie à sonde à balayage. Les microscopes à sonde ont une résolution record - inférieure à 0,1 nm. Ils peuvent mesurer l'interaction entre une surface et une pointe microscopique qui la balaye - une sonde - et afficher une image en trois dimensions sur un écran d'ordinateur.
Les méthodes de microscopie à sonde permettent non seulement de voir les atomes et les molécules, mais aussi de les influencer. Dans ce cas, ce qui est particulièrement important, les objets peuvent être étudiés non pas nécessairement dans le vide (ce qui est habituel pour les microscopes électroniques), mais aussi dans divers gaz et liquides. Le microscope à effet tunnel à balayage de sonde a été inventé en 1981 par G. Binning et H. Rohrer (USA), employés de l'IBM Research Center. Cinq ans plus tard, ils ont reçu le prix Nobel pour cette invention. Binning et Rohrer ont tenté de concevoir un appareil pour étudier des surfaces inférieures à 10 nm. Le résultat a dépassé les attentes les plus folles : les scientifiques ont pu voir des atomes individuels, dont la taille n'est que d'environ un nanomètre de diamètre. Le fonctionnement d'un microscope à effet tunnel est basé sur un phénomène de mécanique quantique appelé effet tunnel. Une pointe métallique très fine - une sonde chargée négativement - est amenée à une distance proche de l'échantillon, également en métal, chargé positivement. A ce moment, lorsque la distance entre eux atteindra plusieurs distances interatomiques, les électrons commenceront à le traverser librement - "tunnel": un courant traversera l'espace. La forte dépendance du courant tunnel à la distance entre la pointe et la surface de l'échantillon est d'une grande importance pour le fonctionnement du microscope. Si l'écart est réduit de seulement 0,1 nm, le courant augmentera d'environ 10 fois. Par conséquent, même des irrégularités de la taille d'un atome provoquent des fluctuations notables de l'amplitude du courant.
Pour obtenir une image, la sonde balaye la surface et le système électronique lit le courant. Selon l'évolution de cette valeur, la pointe descend ou monte. Ainsi, le système maintient la valeur du courant constante, et la trajectoire du mouvement de la pointe suit le relief de la surface, se pliant autour des collines et des dépressions. La pointe déplace un piezoscanner, qui est un manipulateur fait d'un matériau qui peut changer sous l'influence d'une tension électrique. Un scanner piézo se présente le plus souvent sous la forme d'un tube à plusieurs électrodes qui s'allonge ou se plie, déplaçant la sonde dans différentes directions avec une précision au millième de nanomètre. Les informations sur le mouvement de la pointe sont converties en une image de la surface, qui est construite point par point sur l'écran. Pour plus de clarté, les sections de différentes hauteurs sont peintes de différentes couleurs. Idéalement, il devrait y avoir un atome immobile à l'extrémité de la pointe de la sonde. S'il y a plusieurs saillies au bout de l'aiguille, l'image peut doubler ou tripler. Pour éliminer le défaut, l'aiguille est gravée à l'acide, lui donnant la forme souhaitée. Avec l'aide d'un microscope à effet tunnel, un certain nombre de découvertes ont été faites. Par exemple, ils ont découvert que les atomes à la surface d'un cristal sont disposés différemment qu'à l'intérieur et forment souvent des structures complexes. A l'aide d'un microscope à effet tunnel, seuls les objets conducteurs peuvent être étudiés. Mais il permet également d'observer des diélectriques minces sous forme de film lorsqu'ils sont posés à la surface d'un matériau conducteur. Et bien que cet effet n'ait pas encore été entièrement expliqué, il est néanmoins utilisé avec succès pour étudier de nombreux films organiques et objets biologiques - protéines, virus. Les possibilités du microscope sont grandes. À l'aide d'une aiguille de microscope, des dessins sont même appliqués sur des plaques de métal. Pour ce faire, des atomes séparés sont utilisés comme matériau "d'écriture" - ils sont déposés sur la surface ou en sont retirés. Ainsi, en 1991, les employés d'IBM ont écrit des atomes de xénon sur la surface d'une plaque de nickel avec le nom de leur entreprise - IBM. La lettre "I" était composée de seulement 9 atomes, et les lettres "B" et "M" - 13 atomes chacune. L'étape suivante dans le développement de la microscopie à sonde à balayage a été franchie en 1986 par Binning, Kveit et Gerber. Ils ont créé le microscope à force atomique. Si, dans un microscope à effet tunnel, le rôle décisif est joué par la forte dépendance du courant à effet tunnel à la distance entre la sonde et l'échantillon, alors pour le microscope à force atomique, la dépendance de la force d'interaction des corps à la distance qui les sépare est de importance décisive. La sonde d'un microscope à force atomique est une plaque élastique miniature - un porte-à-faux. De plus, l'une de ses extrémités est fixe, tandis qu'à l'autre extrémité une pointe de sonde est formée d'un matériau solide - silicium ou nitrure de silicium. Lorsque la sonde est déplacée, les forces d'interaction entre ses atomes et la surface inégale de l'échantillon plieront la plaque. En réalisant un tel déplacement de la sonde, lorsque la déflexion reste constante, il est possible d'obtenir une image du profil de surface. Ce mode de fonctionnement du microscope, appelé mode contact, permet de mesurer, avec une résolution de quelques fractions de nanomètre, non seulement le relief, mais aussi la force de frottement, l'élasticité et la viscosité de l'objet étudié. Le balayage au contact de l'échantillon entraîne assez souvent sa déformation et sa destruction. L'impact de la sonde sur la surface peut être utile, par exemple, dans la fabrication de microcircuits. Cependant, la sonde peut facilement casser le mince film polymère ou endommager la bactérie, provoquant sa mort. Pour éviter cela, le porte-à-faux est mis en oscillation résonnante près de la surface et le changement d'amplitude, de fréquence ou de phase des oscillations provoquées par l'interaction avec la surface est enregistré. Cette méthode permet d'étudier les microbes vivants : une aiguille oscillante agit sur une bactérie comme un massage doux, sans causer de dommages, et permet d'observer son mouvement, sa croissance et sa division. En 1987, I. Martin et K. Vikrama-singh (USA) ont suggéré d'utiliser une micro-aiguille aimantée comme pointe de sondage. Le résultat était un microscope à force magnétique. Un tel microscope permet de voir des régions magnétiques individuelles dans le matériau - domaines - jusqu'à 10 nm de taille. Il est également utilisé pour l'enregistrement ultra-dense d'informations en formant des domaines sur la surface du film à l'aide des champs d'une aiguille et d'un aimant permanent. Un tel enregistrement est des centaines de fois plus dense que sur les disques magnétiques et optiques modernes. Sur le marché mondial de la micromécanique, dirigé par des géants tels qu'IBM, Hitachi, Gillette, Polaroid, Olympus, Joyle, Digital Instruments, il y avait aussi une place pour la Russie. La voix de la petite entreprise MDT de Zelenograd près de Moscou se fait entendre de plus en plus fort. "Copions sur une plaque, 10 fois plus petite qu'un cheveu humain, un dessin rupestre réalisé par nos lointains ancêtres", suggère Denis Shabratov, chef technologue, le long de la "toile", et là où il touche, une tache de la taille d'un atome apparaît. Peu à peu, un cerf apparaît sur l'écran d'affichage, suivi de cavaliers." MDT est le seul fabricant de microscopes à sonde et de sondes dans le pays. Elle fait partie des quatre leaders mondiaux. Les produits de la société sont achetés aux États-Unis, au Japon et en Europe. Et tout a commencé avec le fait que Denis Shabratov et Arkady Gologanov, jeunes ingénieurs de l'un des instituts de Zelenograd en crise, réfléchissant à la façon de vivre, ont choisi la micromécanique. Ils, non sans raison, l'ont considérée comme la direction la plus prometteuse. "Nous n'avions pas de complexes que nous aurions à rivaliser avec des concurrents puissants", se souvient Gologanov. "Bien sûr, notre équipement est inférieur à celui importé, mais, d'un autre côté, cela nous rend rusés, utilise nos cerveaux. Et ils ne sont certainement pas pires avec nous. pour labourer plus qu'assez. Nous avons travaillé XNUMX heures sur XNUMX, sept jours sur sept. Le plus difficile n'était même pas de fabriquer une sonde superminiature, mais de la vendre. Nous savons que la nôtre est la meilleure dans le monde, on le crie sur Internet, on bombarde les clients de fax, en un mot, on se tape les pattes comme cette grenouille, - zéro attention." Ayant appris que l'un des leaders de la production de microscopes, la société japonaise Joyle, recherchait des aiguilles de forme très complexe, ils ont réalisé que c'était leur chance. La commande a coûté beaucoup de force et de nerfs, mais a reçu une somme dérisoire. Mais l'argent n'était pas l'essentiel - désormais ils pouvaient déclarer à tue-tête : le fameux « Joyle » est notre client. De même, pendant près d'un an et demi, MDT a produit gratuitement des sondes spéciales pour le National Institute of Standards and Technology des États-Unis. Et un nouveau grand nom est apparu dans la liste des clients. "Désormais, le flux des commandes est tel qu'on ne peut plus satisfaire tout le monde, explique Shabratov. Les ruptures d'approvisionnement, leur faible qualité, la non-obligation des sous-traitants". L'émergence de la microscopie à sonde à balayage a coïncidé avec succès avec le début du développement rapide de la technologie informatique, ouvrant de nouvelles possibilités d'utilisation des microscopes à sonde. En 1998, un modèle du microscope à sonde à balayage FemtoScan-001 a été créé au Center for Advanced Technologies (Moscou), également contrôlé via Internet. Désormais, partout dans le monde, un chercheur pourra travailler sur un microscope, et quiconque le voudra pourra "regarder" dans le microcosme sans quitter l'ordinateur. Aujourd'hui, ces microscopes ne sont utilisés que dans la recherche scientifique. Avec leur aide, les découvertes les plus sensationnelles en génétique et en médecine sont faites, des matériaux aux propriétés étonnantes sont créés. Cependant, une percée est attendue dans un futur proche, principalement en médecine et en microélectronique. Des microrobots apparaîtront, délivrant des médicaments par des vaisseaux directement aux organes malades, des superordinateurs miniatures seront créés. Auteur : Musskiy S.A.
Une nouvelle façon de contrôler et de manipuler les signaux optiques
05.05.2024 Clavier Primium Sénèque
05.05.2024 Inauguration du plus haut observatoire astronomique du monde
04.05.2024
▪ Samsung a sorti un téléphone portable avec un disque dur ▪ Les ordinateurs portables fonctionnent 25 % plus longtemps avec le nouveau Google Chrome ▪ Le cerveau répond plus rapidement à une voix agressive qu'à une voix calme. ▪ L'œil du papillon aidera à créer un revêtement antireflet
▪ rubrique du site Batteries, chargeurs. Sélection d'articles ▪ article Chostakovitch Dmitri Dmitrievitch. Aphorismes célèbres ▪ article Quel monarque a été retrouvé tatoué de l'inscription : Mort aux rois !? Réponse détaillée ▪ Article sur la montagne de Guilin. Merveille de la nature
Page principale | bibliothèque | Articles | Plan du site | Avis sur le site
www.diagramme.com.ua |
Nous recommandons des articles intéressants section 
Voir d'autres articles section 
Dernières nouvelles de la science et de la technologie, nouvelle électronique :
Toutes les langues de cette page