В мир атомов — с необычным зрением

Кто бы мог подумать, что обычная трость, помогающая слепому получать скудную информацию об окружающих предметах, наведет ученых на мысль создать самый зоркий в мире микроскоп – атомно-силовой. По сути, прибор позволяет увидеть не сам предмет – отдельный атом (который через оптику невозможно рассмотреть в принципе, поскольку он гораздо меньше длины световой волны), а его увеличенный образ, созданный компьютером по результатам «простукивания» поверхности миниатюрным зондом.
Кто бы мог подумать, что обычная трость, помогающая слепому получать скудную информацию об окружающих предметах, наведет ученых на мысль создать самый зоркий в мире микроскоп – атомно-силовой. По сути, прибор позволяет увидеть не сам предмет – отдельный атом (который через оптику невозможно рассмотреть в принципе, поскольку он гораздо меньше длины световой волны), а его увеличенный образ, созданный компьютером по результатам «простукивания» поверхности миниатюрным зондом. Эта своеобразная трость, не видимая невооруженным взглядом, закрепляется на тончайшей консоли и подводится к объекту на расстояние действия межатомных сил. Стоит теперь провести острием вдоль поверхности, как зонд начнет реагировать на неровности, в точности повторяя их профиль. Сканирование острия по всей площади объекта позволяет получать не только детальную конфигурацию рельефа, но и судить об упругости исследуемого материала, распределении статических зарядов и магнитных полей, характере загрязнения поверхности на атомарном уровне и многом другом. Более того, зонд микроскопа может легко превращаться из «глаза» в некий слесарный или хирургический инструмент. В таком случае его можно использовать для сборки молекул, которых нет еще в природе, изготовления сверхминиатюрных электростатических двигателей, зубчатых передач. Швейцарцы Герхард Бинниг и Хайнрих Регер, открывшие в 1982 году новый принцип микроскопии и моментально получившие за это Нобелевскую премию по физике, сделали великое дело. Ведь ложка оказалась к обеду, поскольку человечеству пришла пора осваивать нанотехнологии, а без такого инструмента выйти на нужный уровень невозможно. Благодаря своевременности изобретения количество уникальных микроскопов стремительно растет, появляется множество их разновидностей, однако круг стран, которым доступны разработка и производство такой техники, остается предельно узким. Вот почему в мире с удивлением и интересом узнали о появлении нового центра атомно-силовой микроскопии – белорусского, который уже 5 лет успешно работает на внутреннем и внешнем рынках и тем притягателен как для отечественных, так и для зарубежных заказчиков, что предлагает свою наукоемкую продукцию гораздо дешевле импортных аналогов. — Мало того, — говорит заведующий лабораторией нанопроцессов и нанотехнологий Института тепло- и массообмена Национальной академии наук Беларуси Сергей Чижик, — гомельское предприятие «Микротестмашины», выполняя собственные разработки и реализуя наши ноу-хау, значительно расширило представления о возможностях такой микроскопии. Впервые с ее помощью появилась, например, возможность проводить нанотомографические исследования материалов, то есть различать в их глубине слои и включения нанометровых размеров. Это очень важно для дефектоскопии в современной субмикроэлектронике, тонкопленочных технологиях различного назначения. Новые перспективы открылись и при исследовании биологических систем, поскольку появилась возможность в недоступных ранее мельчайших деталях рассмотреть и «ощупать» клеточную структуру. Правда, сохранить жизнь клетки при этом мы пока не можем, но уже готовы к тому, чтобы сделать в скором времени такой подарок биологам. Думается, что наблюдения в реальном масштабе времени за работой клеточных механизмов при столь мощном увеличении позволят открыть новые страницы в биологии. — С использованием идей, которые были отработаны при создании микроскопа, нами совместно с учеными Института химии новых материалов Национальной академии наук Беларуси было недавно разработано и начало выпускаться устройство для нанесения покрытий толщиной в одну молекулу, — дополняет коллегу директор предприятия «Микротестмашины» Андрей Суслов. – Эта наукоемкая технология открывает неограниченные возможности в микроэлектронике и микросенсорике. Она позволяет формировать детали из десятков нанометровых слоев различных веществ и тем самым достигать предельной плотности функциональных элементов. Не случайно первыми покупателями новой продукции стали те же развитые страны, которые ранее приобрели у нас атомно-силовые микроскопы. Интересно, что в Гомеле есть даже два производителя таких микроскопов. Кроме «Микротестмашин», эту сложнейшую технику, правда в меньших объемах и заметно отличающуюся по конструкции, делают на заказ и в Институте механики металлополимерных систем имени В.А. Белого. Оттуда, собственно говоря, молодое предприятие вместе с группой научных сотрудников в свое время и вышло. В этом же институте работал долгое время и идеолог отечественных подходов к атомно-силовой микроскопии – доктор технических наук Сергей Чижик, который, переехав в Минск три года назад, создал научный коллектив единомышленников в ИТМО и по-прежнему помогает определять техническую политику производственного коллектива. Конечно, и оба производителя, и две научные группы хотя и продолжают сотрудничать, но уже конкурируют на рынке и ревностно следят друг за другом. Впрочем, разделение пошло им только на пользу, поскольку соревнование постоянно подстегивает творческий процесс и заставляет совершенствовать продукцию. Отражается это и на повышенных требованиях к партнерам, у которых размещаются заказы. За что и предприятие «ЛЭМТ» Белорусского оптико-механического объединения, и совместное белорусско-японское предприятие «Солар ТИИ», изготавливающие прецизионные узлы для гомельских микроскопов, только благодарны. Интерес к отечественной новинке Научно-производственного объединения «Интеграл», которое переходит на субмикронные технологии, а потому нуждается в подобном инструменте, заставляет выводить прибор с исследовательского на промышленный уровень. Это означает, что новая версия микроскопа за счет более совершенного программного обеспечения должна быть проще в эксплуатации и одновременно сложнее по конструкции, поскольку необходимо совместить функции многофункционального оптического микроскопа с атомно-силовым. С помощью такого комплекса надо будет в жестком производственном режиме выполнять гораздо больший объем работы с уменьшением нагрузки на оператора. Решать эту задачу совместно с гомельчанами будут ученые Института тепло- и массообмена НАН Беларуси, Белгосуниверситета, специалисты НПО «Интеграл» и Белорусского научно-производственного концерна точного машиностроения «Планар». Последний, скорее всего, и будет осваивать производственную версию микроскопа, который должен пользоваться на мировом рынке не меньшим спросом, чем его лабораторный предшественник.
Заметили ошибку? Пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter