В.Быков: Российские приборы побеждают в престижном американском конкурсе

В июле 2008 года были объявлены результаты ежегодного конкурса R&D 100 Award 2009, проводимого авторитетным американским изданием Research&Development. В список 100 лучших приборов 2008 года вошел российский сканирующий микроскоп СОЛВЕР Некст

Виктор Быков

Номинироваться на премию R&D 100 могут инновационные разработки, удовлетворяющие двум обязательным условиям:

• разработка должна представлять собой коммерческий продукт;

• продукт должен быть впервые представлен на рынке в год, предшествующий номинированию.

Еще одно условие – принципиальная новизна разработки: прибор должен отличаться уникальной особенностью, способной в будущем стать отраслевым стандартом. Это условие не обязательное, однако именно оно может обеспечить победу номинированному устройству.

• Уникальная особенность зондового микроскопа СОЛВЕР Некст (рис.1) компании НТ-МДТ – максимальная автоматизация. Благодаря этому даже неквалифицированный оператор может использовать в исследованиях потенциал двух главных методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). В конструкции прибора успешно совмещены два сканирующих устройства, одно из которых – атомно-силовой микроскоп (АСМ), а второе – туннельный микроскоп (СТМ).

Эти два подхода требуют совершенно разного оборудования. Обычно для замены одной измерительной головки на другую исследователь фактически разбирает установку и собирает ее снова в другой комплектации, поскольку следует длительный процесс настройки и отладки. Только после этих процедур появляется возможность работы в новом режиме.

• Принцип, реализованный в конструкции СОЛВЕР Некст, изначально позволяет избежать потерь подобного рода. Полноценная автоматизация стала возможна благодаря разработке и внедрению ряда интеллектуальных систем зарегистрированных торговых марок НТ-МДТ.

Для управления измерительными головками предназначена система HeadHiPEX (Head High Precision ExChange System). Она обеспечивает автоматическую смену встроенных (АСМ, СТМ) и дополнительных внешних головок, одновременно осуществляя их прецизионное позиционирование над образцом.

• СОЛВЕР Некст также оборудован многофункциональной системой создания однородной среды IsoShield, поддерживающей вокруг образца заданную однородную среду (постоянную температуру, контролируемый уровень влажности, пренебрежимо малый уровень паразитного электромагнитного поля, электростатическую изоляцию), а также защищающей оператора от лазерных лучей при открытой измерительной ячейке.

СОЛВЕР Некст

Для навигации образца в СОЛВЕР Некст предусмотрена легкая в управлении автоматическая прецизионная система PINpoint (Precision Instrument Navigation System). Она обеспечивает точное расположение образца и прицельное позиционирование системы видеонаблюдения.

• С помощью СЗМ СОЛВЕР Некст оператор может исследовать большие (до 10 мкм) и малоразмерные (вплоть до атомарных) объекты. Переключение сканера между этими двумя режимами обеспечивает электронная система переключения размера области сканирования ScanScaler.

Еще одна система – ExpertFBA (Expert Fine beam Alignment System) – облегчает управление микроскопом, обеспечивая автоматическую юстировку оптической системы (кантилевер – лазер – фотодиод).

• Все эти технические особенности принципиально важны: они открывают дорогу к дальнейшей автоматизации зондовых микроскопов и указывают направление для создания роботизированных исследовательских комплексов по принципу “все в одном”. Таким образом, можно констатировать, что СОЛВЕР Некст представляет собой именно инновационную разработку со значительным стратегическим потенциалом, который и был отмечен экспертной комиссией R&D 100 Award.

СЗМ СОЛВЕР Некст был представлен на рынок компанией НТ-МДТ в 2008 году. Его востребованность на мировом рынке учеными-исследователями и эффективность уже доказаны высоким уровнем продаж: к настоящему времени подобные приборы установлены более чем в 25 научных центрах и институтах России и зарубежья. Это позволяет сделать вывод о конкурентоспособности продукта.

• Среди факторов конкурентоспособности СОЛВЕР Некст также следует указать мощный контроллер последнего поколения, который обеспечивает исключительно высокую скорость сканирования и получения результата – до 40 Гц.

Большой популярностью среди исследователей пользуется возможность мгновенной интеграции полученных результатов в сеть современных коммуникаций. Благодаря инновационному, специально разработанному приложению для iPhone – MDTServer (рис.2), СОЛВЕР Некст предоставляет уникальную возможность передачи, хранения и просмотра с помощью мобильного телефона в 2D- и 3D-формате полученных сканов.

• Приложение позволяет обмениваться изображениями с устройствами, совместимыми с Mac OS или Windows, а также производить обработку сканов.

Можно утверждать, что СОЛВЕР Некст представляет собой удивительный и редкий в современной России пример коммерчески эффективного высокотехнологичного продукта, в котором реализован ряд инновационных разработок.

• Это не единственный факт признания российских высокотехнологичных продуктов в мире. В 2006 году награда R&D 100 Award была присуждена нанолаборатории ИНТЕГРА Спектра (рис.3), также разработанной компанией НТ-МДТ.

ИНТЕГРА Спектра

Нанолаборатория ИНТЕГРА Спектра представляет собой измерительный комплекс для исследования одного и того же образца с помощью методов сканирующей зондовой микроскопии, конфокальной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния (КР).

• При разработке оборудования выяснилось, что решение задач по совмещению конфокального оптического микроскопа и СЗМ (уменьшение дрейфов в оптической части системы, позиционирование зонда в определенных зонах светового пучка, повышение эффективности сбора оптических сигналов) открыло путь для принципиально новых возможностей.

Оказалось, что зонд со специальным острием из благородного металла (золота или серебра), расположенный в фокусе светового пучка, может выступать нанолокальным “усилителем” КР в приповерхностном слое образца (рис.4, 5).

• Сигнал КР в непосредственной близости от острия зонда оказывается во много раз больше, чем от других участков образца, освещаемых тем же пучком света. Напомним, что минимальный диаметр светового пятна в фокусе оптической системы ограничен дифракцией и не может быть меньше 170 нм, т.е. именно такое разрешение предельно для КР-спектроскопии с помощью конфокального оптического микроскопа. Зона локального усиления КР составляет вокруг острия зонда от нескольких единиц до нескольких десятков нанометров. Именно размером этой зоны определяется разрешение, с которым можно производить спектроскопию КР и картировать распределение интенсивности того или иного характеристического сигнала по поверхности образца, а значит, получать данные о его химическом составе. Таким образом, конвергенция подходов зондовой микроскопии и подступивших к своему физическому пределу возможностей оптической микроскопии позволила перешагнуть через этот предел и реализовать исследовательский комплекс для КР-спектроскопии с пространственным разрешением около 50 нм.

Зондовая нанолаборатория ИНТЕГРА Спектра – первый и единственный коммерческий прибор, который позволил обойти принципиальное ограничение дифракции благодаря использованию явления гигантского усиления сигнала КР (в английской литературе TERS – Tip Enhanced Raman Scattering).

• Эта перспективная разработка нашла свою аудиторию исследователей: 45 подобных приборов уже установлены в лабораториях известных в мире научных институтов (в том числе РНЦ “Курчатовский институт” (Россия), Trinity College (Ирландия), Fraunhofer Institute Interfacial Engineering and Biotechnology (Германия), Imperial College London (Великобритания) и др.).

Приведенные в статье примеры российских приборов, получивших высокую оценку ведущих мировых экспертов, дают основание полагать, что процесс возрождения отечественной высокотехнологичной индустрии набирает обороты.

Загрузить полную версию статьи в формате .pdf (235 кб)

«НАНОИНДУСТРИЯ», No.5/2009, c.32

http://www.nanoindustry.su/issue/2009/5/5