Инструменты  для  нанотехнологий.    (Окончание)

   Широко используемые для наблюдений и измерений оптические микроскопы не могут обеспечить требуемой точности, т.к. их разрешающая способность ограничивается основным правилом оптической техники (так называемый дифракционный предел разрешения Рэлея), в соответствии с которым минимальные размеры различаемых деталей рассматриваемого объекта не могут быть меньше, чем длина волны излучения, используемого для освещения.
   Излучение этого диапазона сильно поглощается воздухом и его исследование возможно только в вакууме, что существенно осложняет работу.
   Единственным выходом из этой ситуации стало создание приборов, в которых используются волновые излучения с меньшей длиной волны, т. е. излучения не световой природы.
  
   Электронные микроскопы
  
   Известно, что в квантовой механике электрон может рассматриваться в качестве волны, причем на электроны можно воздействовать электрическими или магнитными линзами в полной аналогии с законами геометрической оптики.
   На этом основан принцип действия электронных микроскопов, позволяющих значительно расширить возможности исследования вещества до наноуровня (за счет увеличения разрешающей способности на порядки). В электронном микроскопе вместо света используются сами электроны, представляющие собой в данной ситуации излучение со значительно более короткой длиной волны.
   Малая длина волны (λ ~ 0,1…0,01 Å) электронов с энергиями в несколько МэВ предопределила возможность достижения высокой разрешающей способности (до долей Å) и обусловила интенсивное развитие электронных микроскопов в последние годы.
   Электронные микроскопы разделяются на два больших класса по методике применения: просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) и сканирующие (СЭМ).
   Работа с электронными микроскопами является достаточно сложной, в первую очередь, из-за необходимости тщательной подготовки образцов и обеспечения высокого вакуума внутри всей экспериментальной установки. Этих недостатков лишены так называемые сканирующие электронно-зондовые микроскопы (СЭЗМ), разработанные в 1970 году.
   Существует много конструкций источников высокоэнергетических электронов, наиболее простой и надежной из которых является раскаленная вольфрамовая проволока. В сложных электронных микроскопах с высоким разрешением излучение создается потоком электронов, испускаемых поверхностью кремниевого чипа (кристалла) под воздействием сильного электрического поля (так называемая эмиссия под воздействием поля, field emission). Исследуемые в ПЭМ образцы должны быть очень тонкими, поскольку именно их толщина определяет размер деталей на изображении. Требуемые сверхтонкие пластины вырезают по довольно сложным методикам (например, «ионное фрезерование» и т.п.).
   Электронный луч, «просвечивая» тонкий слой вещества, позволяет получать прямое изображение дефектов или неоднородностей кристаллической структуры во внутренней части образца. Анализ дифракционных картин дает возможность установить периодичность атомных структур, а также ориентацию кристаллов. Разрешающая способность новейших ПЭМ уже составляет около 0,2 нм, что подводит нас к получению фотографий отдельных ядер атомов и молекул.
  
   Библиографический список:
   1. Родионов Р.Б. Нанотехнологии – инновационное направление развития в строительной индустрии // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2006, № 9, с.72–75.
   2. Родионов Р.Б. Инновационные нанотехнологии для строительной отрасли // Там же, 2006, № 10, с. 57–59.
   3. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. Пер. с японск. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005.

  Б.Н. РОДИОНОВ