Ученые из Японии, Испании и Чехии научились определять тип атома с помощью атомно-силового микроскопа.

Рис. 1. Игла AFM сканирует поверхность.

Атомный силовой микроскоп (АСМ) был изобретен более 20 лет назад. Он широко используется для получения изображения различных поверхностей с атомарным разрешением и даже для манипуляции отдельными атомами. В динамическом ("бесконтактном") режиме острая игла АСМ крепится к концу гибкого кантилевера, колеблющегося в перпендикулярном поверхности направлении. Сила, действующая на иглу со стороны поверхностных атомов, приводит к изменению резонансной частоты, которая измеряется с очень высокой точностью. Компьютерная обработка получаемых при этом данных и позволяет в конечном итоге нарисовать трехмерную карту поверхности. В отличие от своего собрата – сканирующего туннельного микроскопа – АСМ способен "разглядеть" атомы не только на проводящих, но и на диэлектрических поверхностях. А вот чего АСМ не может – так это различить атомы разных химических элементов, то есть распознать их "химическую принадлежность". Дело в том, что сила, действующая на иглу, зависит не только от типа атома, а еще и от конкретной атомной конфигурации ее кончика (рис.1), которая никогда достоверно не известна.

В работе коллектива ученых из Японии, Испании и Чехии предложена методика, позволяющая определить тип атома посредством АСМ. Идея заключается в следующем. Если абсолютная величина максимальной силы F, действующей на иглу АСМ со стороны того или иного атома зависит от конструкции острия, то ее относительная величина практически одна и та же для разных иголок. Это было продемонстрировано как экспериментально (для различных атомов на поверхности кремния), так и путем расчетов. Оказалось, в частности, что F_M/F_Si = 0.77, 0.59 и 0.72 для M = Sn, Pb и In, соответственно.

Рис. 2. Диаграмма распределения силы, действующей на иглу АСМ, для "поверхностного сплава" Si/Sn/Pb.

Исследование "поверхностного сплава" из атомов Si, Sn и Pb показало, что, действительно, распределение F_M/F_Si представляет собой три четко различимых пика, отвечающих атомам разного сорта (рис. 2). Таким образом, "откалибровав" АСМ один раз на известных системах, можно впоследствии использовать его для определения не только атомного строения, но и химического состава различных поверхностей. Это очень пригодится при разработке новых полупроводниковых нанотехнологий. Пока, правда, не вполне ясно, окажется ли АСМ в состоянии различить любые атомы. Ведь может статься, что для каких-то элементов "нормированные силы" окажутся одинаковыми в пределах погрешности.

Источник информации - бюллетень ПерсТ, выпуск 7 за 2007 г.