Необычный микроскоп. Как сканирует атомно - силовой микроскоп.

Как исследовать объекты очень малых размеров, изучить микроскопическое строение их поверхности? Такими объектами могут быть бактерии, компьютерные чипы, новые материалы и многое другое. Какой «рукой» можно трогать предметы в наномире?

Очень маленькую и острую иглу, размещенную в конце упругой пластинки, приблизим почти вплотную к предмету и начнем сканировать участки ее поверхности. Между атомами, из которых состоят игла и предмет, действуют силы взаимодействия, поэтому игла будет реагировать на все неровности: бугорок - пружинка согнется вверх, впадина - вниз. Именно поэтому такой прибор назвали атомно - силовым микроскопом. Кроме пружинки с иглой в его состав входят другие устройства и, конечно, компьютер, который управляет движением иглы и показывает, как выглядит исследуемая поверхность.

Строение атомно - силового микроскопа.

Рассмотрим строение атомно - силового микроскопа подробнее.

Итак, «рукой», что касается поверхности, служит игла - зонд на упругой пластинке. Однако эта «рука» - зонд неподвижна, а движется небольшой столик с исследуемым образцом - сканер. Движение сканера происходит за счет приложенного к нему электрического напряжения, причем перемещение сканера могут быть чрезвычайно малыми и осуществляются с высокой точностью.

Во время движения сканера находящийся на нем предмет будто подставляет под зонд все новые участки своей поверхности. Как мы уже знаем, упругая пластинка в настоящее время изгибается под воздействием неровностей на поверхности. Изгиб пластинки невероятно мал, однако инженеры придумали способ измерять малые движения.

Для этого на край пластинки фокусируют лазерный луч. Отраженный луч попадает на специальное светочувствительное устройство, способное следить за перемещениями такого светового «зайчика». Даже малейшие движения пружинки заставляют «зайчик» перемещаться на заметные расстояния. Попробуйте пустить солнечный «зайчик» на удаленную стену - и вы заметите, как живо он скачет результате едва ощутимых поворотов зеркала.

Далее свет, попавший на чуткое устройство, превращается в электрический сигнал, который через усилитель поступает на компьютер. Величина этого сигнала будет зависеть от величины изгиба пружинки. Нарисуем на графике величину электрического сигнала вдоль линии сканирования. Мы получим профиль поверхности вдоль этой линии. Составив множество таких профилей, можно получить полную рельефную картину участка исследуемой поверхности. Это означает, что мы получили изображение поверхности без помощи линз! Тем атомно - силовой микроскоп и является необычным. Кроме того, он позволяет разглядеть детали значительно меньшие, чем можно увидеть в обычный микроскоп, разница лишь в том, что изображение мы можем увидеть только на экране компьютера. Ну а дальше предмет уже можно изучить, используя осциллограф DS 1052E. Данный осциллограф хорош тем, что имеет поддержку стандартов USB, а также PictBridge.

Интересно, что в мире живой природы давно известен такой способ изучения окружающей среды. Вспомните усики у кошек или у насекомых. Этими усиками животные чувствуют малейшие колебания предметов, что дает им много полезной информации.

Увидеть ... молекулу.

Атомно - силовой микроскоп может делать много полезных вещей. С его помощью можно не только рассматривать мелкие объекты (даже отдельные молекулы!), но и изучать их механические, электрические и магнитные свойства, теплопроводность поверхности. А также - использовать иглу - зонд как своеобразный резец и вырезать интересные картинки на поверхности. И все это на участках, меньших толщины человеческого волоса. Это настоящий инструмент для исследования наномира!