В мир атомов — с необычным зрением
23.09.2005
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.