Ученым из Корнельского и Бостонского университетов (Cornell и Boston University) удалось модернизовать сканирующий туннельный микроскоп настолько, что скорость его работы увеличилась в сто раз!

Как сообщает журнал Nature, профессор Кейт Шваб (Keith Schwab) из Корнельского Университета и его коллеги смогли не только увеличить быстродействие сканирующего микроскопа, но и приспособить его для измерения температур с атомарным разрешением.

То есть, теоретически, направив СТМ на отдельный атом, Шваб и его коллеги могут получить значение о его температуре.

Новая техника, разработанная учеными на основе известных принципов наноэлектроники, позволила регистрировать процессы, протекающие на уровне наномира в режиме реального времени. А это очень важно для разработки и исследования наномашин.

C момента изобретения СТМ-микроскопы были достаточно медленным инструментом: для получения качественного изображения ученым требовалось не менее минуты.

Естественно, такой способ визуализации не подходил для исследования динамически изменяющихся объектов нанометрового размера. Например, различных наномашин.

Рис. 1. Кейт Шваб держит в руках часть низкотемпературного агрегата нового СТМ

Теоретически, это замедление не связано с электронным туннелированием. Вообще-то микроскоп ограничен только его скоростью – а это около одного гигагерца, или 1 миллиард циклов считывания в секунду – запас по быстродействию более чем достаточный. Однако в СТМ эта скорость гасится до килогерца из-за емкостных и активных сопротивлений.

Как говорит Камиль Экинчи (Kamil Ekinci), из Бостонского Университета, для измерения туннельного тока ученые применили простую схему согласования полных сопротивлений («impedance matching»). Ученые просто-напросто добавили внешний радиочастотный источник, который может детектировать изменение сопротивления туннельного перехода (а, значит, и высоты от иглы-кантилевера до поверхности) по отраженной конфигурации радиоволн.

Это простое и элегантное решение, называемое рефлектометрией, как раз позволяет уменьшить время измерения туннельного тока и обеспечить большую скорость передвижения кантилевера.

Поэтому новая методика позволяет получать STM-образы в сотни раз быстрее, позволяя исследователям «снимать видеофильмы» процессов, протекающих в наноразмерном диапазоне. Экинчи добавляет, что еще одним преимуществом нового СТМ-микроскопа является возможность простого и беспроблемного интегрирования новой технологии со всей уже существующей базой сканирующих туннельных микроскопов.

Новое устройство было названо учеными RF-STM (Radio Frequency STM) и в будущем ученые надеются снять видео, что было невозможно с обычными СТМ.

Очень хочется верить в то, что подобная перспективная технология получит широкое распространение, т.к. СТМ-микроскопия на сегодняшний день распространена среди исследователей достаточно широко.

Свидиненко Юрий