СКАНИРУЮЩИЙ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОП

СКАНИРУЮЩИЙ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОП

- прибор для изучения поверхностейтвёрдых тел с разрешающей способностью порядка межатомных расстояний, основанныйна сканировании исследуемого участка образца S(x, у )плоской пружиной, <свободный конец к-рой (или укреплённое на нём остриё) удалён от поверхностиобразца 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 двумяближайшими атомами, расположенными соответственно на кончике острия и наповерхности образца, составляет 10^-7-10^-9 Н. Прижёсткости упругого элемента порядка 1 Н/м это приводит к измеримой деформациипружины. При сканировании цепь обратной связи поддерживает деформацию пружины(и тем самым силу взаимодействия), соответственно изменяя z. Синхроннаясо сканированием запись сигнала обратной связи V_z представляетсобой запись профиля поверхности пост. силы F(x, у), т. е. фактическиповерхности образца.

Т. к. силы взаимодействия между атомами острия и поверхности быстроспадают с расстоянием (для сил притяжения типа Ван-дер-Ваальса при взаимодействиидвух атомов как z^-7, для сил отталкивания при потенциале Ленарда- Джонса как z^-13; см. Межатомное взаимодействие, Межмолекулярноевзаимодействие), то разрешающая способность С. а.-с. м. может достигать0,001 нм по z и 0,1 нм по х, у. Прибор может работать в вакуумеи жидкости, значительно хуже - при обычных атм. условиях, когда поверхностныеплёнки влаги приводят к слипанию кончика упругого элемента с поверхностьюобразца, к росту действующих между ними сил F на неск. порядкови к значит. гистерезису зависимости F(z).

Устройство С. а.-с. м. во многом аналогично устройству сканирующеготуннельного микроскопа. Принципиальным отличием является то, что стабилизируетсяне ток между остриём и образцом, а деформация чувствит. элемента. Для еёизмерения в первых С. а.-с. м. использовалось измерение туннельного токамежду тыльной (по отношению к образцу) стороной плоской пружины и подводимымк ней дополнит. электродом - остриём; применяются также оптич. методы, <основанные на наблюдении интерференции или отклонения луча света, отражающегосяот чувствит. элемента.

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

С. а.-с. м. можно преобразовать в прибор для зондирования магн. полейс субмикронным разрешением; при этом на кончике пружины закрепляется крупинкаферромагн. материала. Другие области применения те же, что и для сканирующейтуннельной 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.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.