Испанские учёные объявили о создании уникального свинцово-кремниевого зеркала. Авторы новой технологии уверены, что она может быть использована для разработки рабочей модели наноскопа, способного разглядеть мельчайшие поверхности, подсвечивая их атомами гелия.
Даниэлю Барредо (Daniel Barredo) и его коллегам из Мадридского автономного университета (Universidad Autónoma de Madrid) впервые удалось поместить несколько слоёв свинца толщиной в один атом на "идеально ровную" кремниевую поверхность при температуре 114 градусов по Кельвину (-159 °C).
Отчёт об этой работе опубликован в журнале Advanced Materials.
Речь идёт об атомном микроскопе (он же наноскоп, он же сканирующий гелиевый микроскоп). Мощных микроскопов, вообще говоря, очень много разных применяется, но основным конкурентом давно ожидаемого наукой прибора является электронный.
Но у этого конкурента есть ряд недостатков, особенно при исследовании органических образцов.
Во-первых, объекты должны быть электропроводящими (или хотя бы полупроводниками). Во-вторых, изображение, полученное с помощью отражённых электронов, недостаточно точно воспроизводит "просвеченную" поверхность. И в-третьих, облучение электронами высоких энергий может просто-напросто уничтожить биологический материал.
Для решения этих проблем науке необходим атомный микроскоп, где для облучения использовался бы поток частиц низких энергий. Нейтральный атом гелия идеально подходит на эту роль: он отскакивает от любой поверхности, ограничиваясь взаимодействием лишь с её внешним слоем. Что позволяет получить идеально чёткую картинку.
"Наша цель – создать подходящую оптику для микроскопа нового поколения", — поясняет соавтор исследования Родольфо Миранда (Rodolfo Miranda), по совместительству являющийся директором фонда нанотехнологий IMDEA-Nanociencia. Свинцовое зеркало должно помочь достичь фокусировки в 20 нанометров (фото с сайта madrimasd.org).Однако до сих пор реализовать такую схему не удавалось, поскольку для фокусировки атомов гелия в определённой точке требовалась поверхность, способная отражать поток частиц, не рассеивая их, – "идеально ровное зеркало".
Работа испанцев базируется на результатах предыдущих исследований, в ходе которых удалось "собрать" отражённые от кремниевой поверхности атомы гелия на пятачке диаметром 210 микрометров. Правда, сфокусировать тогда получилось всего лишь 1% от общего числа нейтральных частиц.
Решить проблему фокусировки отражения можно было бы, использовав более подходящий для этого материал – металл. Однако атомы металла на кремниевой поверхности до сих пор ровным слоем стабилизировать не удавалось – обычно они "сбиваются в кучки", хаотично рассеивающие отражённые атомы во все стороны.
По словам профессора Миранды, справиться с рассеиванием удалось, опустившись до наноразмеров и стабилизировав атомы на ультратонкой свинцовой плёнке.
В результате были сфокусированы 67% отражённых частиц на зеркале диаметром 2 сантиметра. Это при сверхнизких температурах. Однако самое интересное, что даже в "комнатных условиях" устройство способно работать с 15-процентной эффективностью.
"Это просто невероятно: зеркало не просто не разрушилось при комнатной температуре, но и осталось таким же гладким", — радуются испанские учёные.
Атомный силовой микроскоп сканирует исследуемую поверхность посредством специальной иглы (на рисунке). Доктор Хольст считает, что новый прибор сможет конкурировать даже с этим мощным девайсом. Тоже не лишённым недостатков: принцип его работы не позволяет рассматривать неровные поверхности – исследуемый образец должен быть предельно плоским. Да и работает "силовой" очень медленно (иллюстрация Arizona State University).Бодиль Хольст (Bodil Holst) из университета Бергена (Universitetet i Bergen) полагает, что новая технология наконец-то поможет обеспечить долгожданный прорыв в построении работоспособного наноскопа.
Правда, для этого предстоит решить ещё одну важную проблему – создание зеркала с искривлённой поверхностью, необходимого для эффективных наблюдений. Что непросто.
По мнению Билла Эллисона (Bill Allison) из Кембриджа, который также работает над созданием прибора, конкретные результаты (то есть снимки) появятся уже в течение ближайших двух лет.
Есть и скептики. Например Петер Тённис (Peter Toennies), ранее возглавлявший Институт динамики и самоорганизующихся систем Макса Планка (Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation). Он не уверен, что ультрагладкую и при этом искривлённую свинцовую плёнку удастся получить в ближайшем будущем.
Однако авторы новой технологии уверены, что уже в 2009 году их группе удастся сфокусировать поток частиц гелия диаметром 100 нанометров – а этого достаточно для получения первых снимков.
