От «Это невозможно» до «Это очевидно»: лекция о зондовой микроскопии в «Сириусе»

Зондовая микроскопия, как и любая новаторская идея, прошла три стадии: «Это невозможно», «В этом что-то есть» и «Это очевидно». Только за последнее десятилетие технология превратилась из экзотической методики, доступной ограниченному числу исследовательских групп, в широко распространенный и успешно применяемый инструмент для исследования свойств поверхности.

«Представьте себе, что есть швейная игла, на конце довольно острая, и есть какой-то образец, атомы которого мы хотим увидеть, – объясняет технологию Борис Логинов. – Мы прокладываем батарейку с напряжением между иголкой и образцом, причем «плюс» прикладываем к образцу, это важно. Начинаем приближать иголку, и, оказывается, на расстоянии примерно 1 нанометр какие-то электроны с иглы уже начинают перескакивать на образец. Это значит, что возник ток, ведь ток – это движение электронов. Если приблизить иголку еще хоть на половину атома, ток значительно возрастает, электронов проходит столько, что иголочка начинает гореть. Если отодвинуть на ту же половину атома, то тока не будет вообще. Таким образом мы получаем трехмерный рельеф поверхности».

Первый сканирующий туннельный микроскоп из семейства зондовых был изобретен в 1981 году швейцарскими учеными Гердом Биннигом и Генрихом Рорером. В своих работах они показали, что это достаточно простой и весьма эффективный способ исследования поверхности. Настоящее признание методика получила после визуализации атомарной структуры поверхности ряда материалов, например, реконструированной поверхности кремния. В 1986 году за создание туннельного микроскопа Герд Бинниг и Генрих Рорер получили Нобелевскую премию по физике. Как отметил Борис Логинов, развитие сканирующей зондовой микроскопии послужило основой развития новых методов в нанотехнологии – технологии создания структур с нанометровыми масштабами.

Лектор также рассказал об истории применения этих микроскопов в различных областях науки и техники в России, о том, в каких случаях их выгодно использовать и как видел развитие нанотехнологий их первооткрыватель Эрих Дрекслер, и продемонстрировал видеозаписи работы за этими микроскопами и кадры с них.

Мастер-классы и лекции ведущих ученых – часть обучения инженерно-математических классов. В этом году первые сорок пять десятиклассников прошли отбор: три дня в неделю они учатся в своих школах, а в остальные дни – посещают уроки физики, математики, информатики, химии и биологии в Образовательном центре «Сириус». Преподают в инженерно-математических классах самые результативные педагоги России.