#дайджест


😵‍💫 Сегодня мы затронем проблемы, с которыми сталкиваются исследователи при использовании атомно-силовой микроскопии в процессе изучения различных объектов.

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ), а в частности атомно-силовая микроскопия (АСМ), широко применяется для анализа твердотельных наноструктур, интегральных микросхем и биологических объектов. Однако, при работе с ними необходимо учитывать погрешности, возникающие при определении метрических характеристик изучаемых структур.

✔️ Особенно актуально это становится при исследовании серии объектов, когда необходимо оценить изменение геометрических размеров при изменении технологических параметров формирования образцов. При проведении сравнительных измерений, как правило, стараются избегать замены АСМ-зонда. Но один и тот же зонд может быть использован для проведения ограниченного числа измерений в контактном и полуконтактном режимах, а количество этих измерений зависит от «твердостих» изучаемых объектов.

🟢 При измерении структур, размеры которых сопоставимы с радиусом закругления острия зонда, погрешность определения продольных размеров может превышать 50%, к тому же она значительно возрастает с увеличением радиуса закругления зонда. Это создает трудности при оценке погрешности измерения метрических характеристик и получении корректных АСМ-изображений структур «колодезного» типа.

🔴 Кроме того, при проведении экспериментов с использованием АСМ, исследователи часто сталкиваются не только с деградацией острия зонда, но и с его сколом. Это может привести к образованию нескольких пиков, которые выполняют функцию нескольких измерительных игл, расположенных на разных уровнях и имеющих различные радиусы закругления. В таких случаях, например, при образовании двойного острия, «ощупывание» поверхности образца происходит с помощью двух зондов, что неизбежно отражается на результатах измерений.

📈 На рисунке 1 схематично показано, как выглядит острие зонда после скола (обозначено сплошной линией) в сравнении с первоначальной формой (обозначено пунктиром);
📈 На рисунке 2 представлено АСМ-изображение лейкоцита, полученное при сканировании иглой с двумя пиками (а) и АСМ-изображение того же лейкоцита, полученное после замены зонда (б)*.

* На данном изображении отсутствует дублирование локальных выпуклостей наружной мембраны. Кроме того, меньший радиус острия позволил разрешить более тонкие элементы мембраны и периферии клетки.


👀 А с какими проблемами при проведении АСМ-измерений сталкивались вы?

#дайджест #методики


⏱ Который час? Время разобрать новую методику!


И сегодня речь пойдет о СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ ПЬЕЗООТКЛИКА


ℹ️ Силовая микроскопия пьезоотклика (Piezoelectric Force Microscopy - PFM) позволяет проводить исследования доменной структуры сегнетоэлектриков.
Данный метод особо интересен для прикладных исследований при разработках запоминающих сред накопителей ферроэлектрических запоминающих устройств (ЗУ) и методов записи-считывания данных на них.

🔼🔽Данная методика основана на использовании обратного пьезоэлектрического эффекта, который заключается в смещении поверхности исследуемого образца под действием локального электрического поля. Такое смещение и является регистрирующим сигналом. Оно будет зависеть от величины и взаимной ориентации направления электрического поля и вектора поляризации в образце.

📈 На рисунке 1 представлены смещения поверхности структуры, в которой домены расположены как вертикально, так и горизонтально.
🟣В рассматриваемом случае прикладывают переменное электрическое поле. Так, домены, направленные в одну сторону, испытывают одно и тоже смещение в разных направлениях в зависимости от направления электрического поля (положительного или отрицательного).
⬇️
Для вертикально ориентированных доменов смещение кантилевера будет нормальным по отношению к поверхности (отклонение вверх или вниз), а для горизонтально ориентированных доменов будет происходить латеральное смещение (скручивание кантилевера).

📈 Метод силовой микроскопии пьезоотклика реализуется посредством подачи на зонд или образец электрического смещения и регистрации смещения поверхности образца. Помимо изображения рельефа исследуемого объекта, данная методика позволяет получить распределение амплитуд нормальных и латеральных колебаний, а также фаз нормальных и латеральных колебаний. Это схематично отображено на рисунке 2.

📈 На рисунке 3 приведено соотношение управляющего напряжения силовой микроскопии пьезоотклика:
(а) Измеренные амплитудные характеристики монокристаллического объемного кристалла ZnO с ориентацией (0001) и нанолистов ZnO толщиной 3,94 нм; **
🟣Вставка представляет собой топографическое изображение нанолистов оксида цинка ZnO, полученное на атомно-силовом микроскопе (АСМ)
( b ) Серия карт амплитуд силовой микроскопии пьезоотклика, полученных от одного и того же нанолиста ZnO при управляющих напряжениях от 0 до 5  В. **

**Источник: Carlos C. et al. Thickness-Dependent Piezoelectric Property from Quasi-Two-Dimensional Zinc Oxide Nanosheets with Unit Cell Resolution //Research. – 2021.

#дайджест


🔬РАЗВИТИЕ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ОБЛАСТИ АТОМНО-СИЛОВЫХ МИКРОСКОПОВ🔬

🔎 Атомно-силовая микроскопия (АСМ) - это сравнительно молодой метод исследования. Первый атомно-силовой микроскоп был создан в 1986 году Гердом Биннигом, Кельвином Куэйтом и Кристофером Гербером в США. Он был модификацией ранее изобретенного сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), появившегося в 1981 году.

🗣На сегодняшний момент, по сравнению с другими методами исследования, атомно-силовая микроскопия отличается относительной доступностью и широким спектром возможностей.

Метод АСМ постоянно развивается и получает как дополнительные функциональные возможности, так и новые методики измерений. Давайте поговорим об основных векторах развития атомно-силовой микроскопии.
📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏
Существует несколько направлений развития АСМ:
🔵усовершенствование аппаратного обеспечения АСМ;
🔵создание новых видов функциональных зондов;
🔵развитие программного обеспечения.
📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏
*Рассмотрим каждое направление более подробно*
📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏
⭐️ Усовершенствование аппаратного обеспечения АСМ:
Сюда относят развитие методов более точного позиционирования кантилевера. Результат достигается за счет использования дополнительных датчиков, контролирующих перемещение пьезотрубки (и, соответственно, кантилевера), что позволяет не использовать лазер для определения изменения положения кантилевера при проведении АСМ-измерений по многопроходным методикам. То есть, перемещение кантилевера осуществляется по записанным значениям датчиков.
Также исследуются возможности совмещения атомно-силовой микроскопии с другими методами исследования, такими как сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (NTEGRA SNOM), конфокальная КР-микроскопия, флуоресцентная микроскопия (NTEGRA SPECTRA).

⭐️ Создание новых видов функциональных зондов:
Параметры атомно-силового зонда напрямую влияют на разрешающую способность АСМ, поэтому идет непрерывная работа по развитию методов получения зондов с различными параметрами: радиус закругления зонда, форма острия, жесткость, резонансная частота и так далее. Каждый из таких зондов будет лучше подходить для тех или иных методик измерения. Также развиваются методы получения зондов с различными функциональными покрытиями: магнитными, проводящими (в том числе с изменяемым значением проводимости), оптическими. В последнее время активно используется функционализация острия зонда различными наночастицами, позволяющими проводить локальный нагрев/освещение либо другое воздействие на образец, что даёт возможность проводить специфические измерения, заточенные под конкретную цель.
Например, осаждение полимерных сфер на острие зонда хорошо подходит для измерения биологических образцов без их повреждения.
💛 Данное направление развития атомно-силовой микроскопии является наиболее активным, что подтверждается огромным количеством патентов, посвященных ему.

⭐️ Развитие программного обеспечения:
Данное направление обеспечивает улучшение методов устранения различных шумов, мешающих получать высокое разрешение, а также методов анализа полученных изображений поверхности (например, карт распределения токов). К тому же активно развиваются различные методы получения дополнительных данных об образце.
✅ В связи с тем, что взаимодействие кантилевера и образца является динамическим многочастотным процессом, оно несет в себе огромный объем информации о химических и физических свойствах образца. Поэтому разрабатывают программы с использованием различных подходов, позволяющих правильно описать и проанализировать такие данные. К ним относится Вейвлет анализ, с которым мы познакомили вас в одном из обзоров статей, и который также был подробно освещен на лекции Пуховой Валентины Михайловны «Время-частотный анализ данных динамической силовой спектроскопии» в нашем ЦЗМ AFM Centre (тык сюда, чтобы посмотреть запись лекции).

#дайджест


Привет-привет, друзья! Как проходит ваша рабочая неделя? Или, может быть, вы уже в отпуске? 🏖

Мы вот не отдыхаем, а думаем, как сделать наш телеграм-канал ещё интереснее и полезнее для вас. И тут нам понадобится ваша помощь! 🆘

🤔 Расскажите, какие темы вам интересны? Что бы вы хотели узнать больше? Или может быть у вас есть идеи для нового формата контента?

Отмечайтесь в опросе или пишите свои варианты в комментариях!👇

🎞 P.S. Не забывайте, что у нас есть свой YouTube-канал, где вы можете найти записи всех лекций, которые проходили в нашем ЦЗМ AFM Centre. Летом мы приостановили их проведение, но уже через месяц мы вернём этот формат!

Спасибо, что вы с нами ❤️

☀️ ДОБРОЕ УТРО, ДОРОГИЕ ДРУЗЬЯ! ☀️

Мы безумно благодарны вам за помощь в развитии нашего канала ❤️
Обещаем продолжать радовать вас научным и не совсем научным контентом 🥸

Всем хорошего дня и прекрасного настроения✨
Спасибо, что вы с нами🔥