Модернизация СТМ-микроскопии – теперь в 100 раз быстрее!

Графитовая поверхность - 205×205 нм. <br> Образ получен за 2 секунды. Графитовая поверхность - 205×205 нм.
Образ получен за 2 секунды.

Ученым из Корнельского и Бостонского университетов (Cornell и Boston University) удалось модернизовать сканирующий туннельный микроскоп настолько, что скорость его работы увеличилась в сто раз!

Как сообщает журнал Nature, профессор Кейт Шваб (Keith Schwab) из Корнельского Университета и его коллеги смогли не только увеличить быстродействие сканирующего микроскопа, но и приспособить его для измерения температур с атомарным разрешением.

То есть, теоретически, направив СТМ на отдельный атом, Шваб и его коллеги могут получить значение о его температуре.

Новая техника, разработанная учеными на основе известных принципов наноэлектроники, позволила регистрировать процессы, протекающие на уровне наномира в режиме реального времени. А это очень важно для разработки и исследования наномашин.

C момента изобретения СТМ-микроскопы были достаточно медленным инструментом: для получения качественного изображения ученым требовалось не менее минуты.

Естественно, такой способ визуализации не подходил для исследования динамически изменяющихся объектов нанометрового размера. Например, различных наномашин.

Кейт ШвабРис. 1. Кейт Шваб держит в руках часть низкотемпературного агрегата нового СТМ

Теоретически, это замедление не связано с электронным туннелированием. Вообще-то микроскоп ограничен только его скоростью – а это около одного гигагерца, или 1 миллиард циклов считывания в секунду – запас по быстродействию более чем достаточный. Однако в СТМ эта скорость гасится до килогерца из-за емкостных и активных сопротивлений.

Как говорит Камиль Экинчи (Kamil Ekinci), из Бостонского Университета, для измерения туннельного тока ученые применили простую схему согласования полных сопротивлений («impedance matching»). Ученые просто-напросто добавили внешний радиочастотный источник, который может детектировать изменение сопротивления туннельного перехода (а, значит, и высоты от иглы-кантилевера до поверхности) по отраженной конфигурации радиоволн.

Это простое и элегантное решение, называемое рефлектометрией, как раз позволяет уменьшить время измерения туннельного тока и обеспечить большую скорость передвижения кантилевера.

Поэтому новая методика позволяет получать STM-образы в сотни раз быстрее, позволяя исследователям «снимать видеофильмы» процессов, протекающих в наноразмерном диапазоне. Экинчи добавляет, что еще одним преимуществом нового СТМ-микроскопа является возможность простого и беспроблемного интегрирования новой технологии со всей уже существующей базой сканирующих туннельных микроскопов.

Новое устройство было названо учеными RF-STM (Radio Frequency STM) и в будущем ученые надеются снять видео, что было невозможно с обычными СТМ.

Очень хочется верить в то, что подобная перспективная технология получит широкое распространение, т.к. СТМ-микроскопия на сегодняшний день распространена среди исследователей достаточно широко.

Свидиненко Юрий

Пожалуйста, оцените статью:
Пока нет голосов
Источник(и):

PhysOrg: New technique makes atomic-level microscopy 100 times faster