#методики

Готовы к разбору новой методики? Сегодня мы приготовили для вас МЕТОД СИЛОВОЙ СПЕКТРОСКОПИИ 💪

↖️ Метод силовой спектроскопии (анг. Force–distance curve) позволяет определять силы, действующие на зонд со стороны образца, например, адгезию и упругость.

❔ Измерение сил производится путем накопления силовых кривых, которые представляют собой зависимости отклонений кантилевера, dc, от положения образца вдоль z-оси (т.е. по направлению к или от зонда; z – положение пьезосканера) — иными словами, зависимость величины изгиба кантилевера от степени выдвижения z-пьезотрубки сканера, т.е. зависимость DFL(Z).

После касания зондом поверхности дальнейшее выдвижение z-пьезотрубки (сигнал Z) вызывает пропорциональное изменение сигнала DFL. Используя зависимость DFL(Z) и зная жесткость кантилевера, можно вычислить силы, действующие на зонд в точке измерения, в том числе и силу адгезии. Предполагается простое соотношение (например, Закон Гука) между силой F и отклонением кантилевера:

F = - k dc,
где k – жесткость кантилевера.

📄 Силовые законы описывают силы как функции расстояний зонд-образец (D), однако АСМ не обладают возможностью независимого определения D. Вместо этого преобразование к зависимости от D достигается путем вычитания отклонения кантилевера из z-перемещения пьезосканера.

👀 Для очень твердых образцов нулевое расстояние зонд-образец определяется как область на силовой кривой, где отклонение кантилевера в соотношении 1:1 связано с перемещением образца; на силовой кривой она проявляется как прямая линия с единичным наклоном. Скорректированная кривая называется «Кривая Сила-Расстояние» (Force–distance curve). Отметим, что определение D в этом приближении требует, чтобы зонд находился в контакте с образцом.

➡️ На практике существуют два фактора (дальнодействующие силы и упругость образца) которые могут сделать определение точки контакта весьма затруднительным. Полная силовая кривая включает силы, измеренные при приближении зонда к образцу и его отводе от образца. Поскольку силы, действующие на зонд, отличаются при его движении по направлению к образцу и от образца, силовые кривые разделены на кривые подвода и отвода и рассматриваются отдельно.

🔬Метод силовой спектроскопии получил распространение при исследовании процесса молекулярного распознавания. Для этого используют зонд, функционализированный необходимой молекулой. При обычном измерении взаимодействия рецептора с лигандом с помощью АСМ рецептор прикрепляется к поверхности образца, а лиганд — к кончику зонда. Когда кончик зонда с лигандом контактирует с образцом, содержащим рецептор, между ними происходит связывание. Затем зонд отводится от поверхности, прилегая к рецептору, вытягивая лиганд из места связывания. Регистрируется сигнал отклонения кантилевера, который может рассчитывать силу за счет специфического взаимодействия рецептор-лиганд. Обычно максимальная сила адгезии (отрыва) от кривой Сила-Расстояние известна как сила связывания рецептора с лигандом.

❗️При проведении силовой спектроскопии следует использовать контактные зондовые датчики. Однако использование слишком мягкого кантилевера при высокой влажности может привести к «залипанию».

📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏📏
💌 Остались вопросы? Мы с радостью ответим на них в комментариях!

💬 Руководитель проекта «Российская научная лаборатория: аналоги есть» Анна Василенко презентовала на III Конгрессе молодых ученых новый функционал каталога НАША ЛАБА «Поиск аналогов иностранного оборудования».

Новый раздел сайта призван помочь ученым, работающим на научном оборудовании, быстро находить достойную и полнофункциональную отечественную замену иностранным приборам. На сайте НАШЕЙ ЛАБЫ уже работает поиск по фильтрам «Иностранный бренд / название / товар», «Российский аналог», «Применение», «Компания». Подбор аналогов оборудования проходил при экспертной поддержке пользователей (ученых ведущих исследовательских центров, университетов и академических институтов) и отечественных производителей оборудования.

III Конгресс молодых ученых, собравший более 5 000 участников из 85 регионов Российской Федерации и 36 иностранных государств, стал важнейшим научным событием года и уникальной площадкой для взаимодействия участников научно-профессионального сообщества, государственной власти и бизнеса. Форум, ставший итоговым мероприятием второго года Десятилетия науки и технологий, прошел на федеральной территории «Сириус» с 28 по 30 ноября 2023 года.

Сервис «Поиск аналогов иностранного оборудования» реализуется в рамках проекта «Российская научная лаборатория: аналоги есть» при поддержке: ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ДЕЛАМ МОЛОДЕЖИ «РОСМОЛОДЕЖЬ».

#дайджест


🔥Открытие Центра Cканирующей Микроскопии (Школа В. А. Мошникова)

Группа компаний «НТ-МДТ» стала индустриальным партнёром новой молодежной лаборатории, которая открылась 8 декабря в СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

🔬 Здесь будут проводиться исследования полупроводниковых наноматериалов для электронных устройств будущего с помощью методов высокоточной атомно-силовой микроскопии.

😍 Центр сканирующей микроскопии оснащен четырьмя АСМ производства «НТ-МДТ». Эти микроскопы позволяют исследовать различные физические, морфологические и другие свойства всех наноматериалов. А использование одного из АСМ, совмещенного со специальным методом – локальной Рамановской спектроскопией, ускорит существующие исследования с ними и расширит понимание зависимости функциональных свойств синтезируемых наноматериалов от методов их синтеза. Кроме того, в лаборатории оборудован специализированный стол, позволяющий исследовать воздействие различных температур на образцы.

👨‍🏫 Помимо научных задач, новая лаборатория будет вовлечена и в учебную деятельность. А наиболее способные студенты Центра в дальнейшем смогут работать в проектах группы компаний «НТ-МДТ».


➡️Подробности - в статье

#методики


✨ Продолжаем делиться с вами новыми методиками и на очереди у нас сканирующая туннельная микроскопия!


📜 Атомно-силовая микроскопия (АСМ) является одной из разновидностей сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), к которой также относится сканирующая туннельная микроскопия (СТМ). Исторически АСМ появилась как модификация СТМ — она позволяла проводить измерения не только проводящих образцов.

💛💛💛💛💛💛💛💛💛💛💛
Принцип работы СТМ:

Приложение напряжения смещения между остроконечной проводящей иглой и проводящим образцом и регистрация туннельного тока между ними.
➡️ Когда образец приближается к острию на расстояние порядка нескольких ангстрем (А), между ними начинает протекать туннельный ток, что с очень большой точностью указывает на близость острия к образцу.
💛💛💛💛💛💛💛💛💛💛💛

👍 Сканирующая туннельная микроскопия позволяет получать истинное атомарное разрешение даже в обычных атмосферных условиях. Эта методика может быть применена для изучения проводящих поверхностей или тонких непроводящих пленок и малоразмерных объектов на проводящих поверхностях.

Основными методами в СТМ являются метод постоянного тока (МПТ) и метод постоянной высоты (МПВ).

❔ Метод постоянного тока предполагает поддержание в процессе сканирования постоянной величины туннельного тока с помощью системы обратной связи. В таком случае вертикальное смещение сканера (сигнал обратной связи) отражает рельеф поверхности. Скорость сканирования в МПТ ограничивается использованием системы обратной связи.
Большие скорости сканирования могут быть достигнуты при использовании метода постоянной высоты, однако он не позволяет исследовать образцы с развитым рельефом в отличии от МПТ.

Характерные значения туннельных токов, регистрируемых в процессе измерений, являются достаточно малыми – вплоть до 0.03 нA (а со специальными измерительными СТМ головками – до 0.01 нA), что позволяет также исследовать плохо проводящие поверхности, в частности, биологические объекты.

▶️ К недостаткам СТМ можно отнести сложность интерпретации результатов измерений некоторых объектов, поскольку СТМ-изображение определяется не только рельефом поверхности, но также и плотностью состояний, величиной и знаком напряжения смещения, величиной тока. Например, на поверхности высокоориентированного пиролитического графита обычно можно увидеть только каждый второй атом. Это связано со спецификой распределения плотности состояний.

👋 Если у вас появились вопросы — мы с радостью ответим на них в комментариях!

⛅️ Доброго дня, дорогие друзья!

Мы соскучились по вам и очень рады вернуться с новыми постами о зондовой микроскопии 💛

Читайте долгожданный обзор методики ниже👇

#методики


💬 Мы с вами уже рассмотрели множество различных методик атомно-силовой микроскопии и теперь знаем, каким широким спектром возможностей обладает данный прибор.

Однако АСМ — это не только современное научное измерительное оборудование, но и инструмент, позволяющий проводить различные манипуляции и модификации на наноуровне. Одной из разновидностей таких манипуляций является литография.

☄️Сегодня мы расскажем про метод электрической литографии, а конкретно про её разновидность — локальное анодное окисление (Анодно-Окислительная Литография).

▶️ С помощью электрической литографии можно изменять не только геометрические характеристики поверхности, но и ее локальные электрофизические свойства.
▶️ Для этого необходимо либо поддерживать постоянную разность потенциалов между зондом и образцом, либо контролировать протекающий между ними ток.
▶️ Это стимулирует ход электрохимических процессов на поверхности образца непосредственно под зондом, при этом может происходить окисление поверхности образца.

🤔 Так, например, индуцированный зондом процесс окисления сверхтонкого слоя титана на поверхности кремния представлен на рисунке 1. Действие происходит в атмосфере водяных паров, которые можно контролировать под колпаком АСМ. В таком случае и на поверхности образца, и на поверхности зонда будет находиться слой адсорбированной влаги. При приближении этих поверхностей друг к другу слои влаги приходят в контакт, и образуется водяной мостик (за счет капиллярных сил). При приложении соответствующей разности потенциалов на границе вода-поверхность в воде и на зонде инициируется электрохимическая реакция. Если поверхность заряжена положительно, то зонд и поверхность вступают в электрохимическое взаимодействие в роли катода и анода соответственно. Окисел начинает расти в точке поверхности строго под зондом.

👀Таким образом, задавая направление движения зонда на основе растрового изображения, можно формировать сложные рисунки. Контроль толщины таких рисунков осуществляется посредством увеличения и уменьшения электрического потенциала, что приводит к соответствующему изменению толщины.

**Источник: Lorenzoni M., Torre B. Scanning probe oxidation of SiC, fabrication possibilities and kinetics considerations //Applied Physics Letters. – 2013. – Т. 103. – №. 16.

#методики

🔥Продолжаем рассматривать различные способы модификации поверхности посредством атомно-силового микроскопа (АСМ).
🤔 И на очереди у нас МЕТОД СИЛОВОЙ ЛИТОГРАФИИ.

🤌Силовая литография основана на непосредственном механическом воздействии остроконечного зонда на поверхность образца (контактная силовая микроскопия).
↘️ Зонд микроскопа перемещается по поверхности подложки с достаточно большой силой прижима — так, что на образце формируется рисунок в виде углублений (царапин). Материал извлекается («выцарапывается») из подложки, оставляя канавки с характерным сечением, определяемым формой кончика зонда.

😉 Варьируя силу прижима зонда к образцу, можно управлять шириной и глубиной получаемых канавок, а также охарактеризовать стойкость различных материалов к истиранию.

Такая нанолитография имеет весомое преимуществ по сравнению с электронно- и ионно-лучевой: она не требует проводить постобработку подложки, так как не происходит нарушения глубоких слоев.

Несмотря на кажущуюся простоту, данный метод находит применение в наноэлектронике, нанотехнологиях, материаловедении и в других сферах. Силовая литография позволяет формировать электронные элементы с активными областями нанометровых размеров, осуществлять сверхплотную запись информации, исследовать механические свойства материалов.

🖥 Технически силовая литография может осуществляться двумя способами: векторным и растровым.
✅При использовании векторной методики необходим заранее заданный рисунок (зонд двигается только по нему).
✅ В растровой литографии сканирование осуществляется по всей площади участка подложки, на которой формируется рисунок. Это в свою очередь замедляет процесс, но зато позволяет задавать контрастность рисунку посредством разной силы воздействия зонда на подложку.

❔ Если у вас появились вопросы по силовой литографии, задавайте их в комментариях👇