Сканирующий туннельный микроскоп

Новый многофункциональный прибор, применяемый исследователями для изучения сложных поверхностных структур — атом за атомом. Первоначально использовался при изучении атомной и электронной структуры поверхностей полупроводников. Теперь сканирующие туннельные микроскопы начинают играть важную роль в изучении молекулярных и химических свойств широкого круга поверхностей твердых тел. Этот инструмент, изобретенный в 1981 г., действует таким образом, что крошечный металлический наконечник подводится к исследуемой поверхности на расстояние, равное всего нескольким атомным диаметрам; это позволяет электронам перескакивать или туннелировать через потенциальный барьер и создавать таким образом электрический ток. Когда промежуток между наконечником прибора и изучаемой поверхностью увеличивается, ток уменьшается. Сканирующий механизм тянет иглу по этой поверхности, постоянно удерживая наконечник на такой высоте, чтобы сила тока была неизменной. Такое движение наконечника по его неровной «дороге» создает картину микрорельефа поверхности — своего рода миниатюрную топографическую карту, на которой холмы и долины представляют собой ряды атомов. Ученые могут таким способом картировать вздутия и впадины размером с отдельные атомы. Специалистам известно, что такой микроскоп можно использовать и для перегруппировки атомов. Выяснилось, что можно и переставлять атомы один за другим, придвигая наконечник прибора ближе к поверхности и вытаскивая нужные атомы. Первое применение такого метода — чисто рекламного характера: специалисты из компании IBM расположили 35 атомов таким образом, чтобы они образовали название их компании буквами высотой в один атом. Написанные в этом масштабе более 10 тыс. экземпляров вашей ежедневной газеты легко уместились бы внутри одного лишь пробела между словами на этой странице. Потенциальные возможности научного применения этого нового прибора постоянно увеличиваются. Физики, инженеры, химики и биологи начинают использовать сканирующий туннельный микроскоп для изучения структуры биологически важных молекул, таких, как ДНК, для наблюдения за образованием тонких пленок на металлах и для многих других целей.