Нанометрология (Раздаточные материалы от преподавателя), страница 53

Передлинзой-проекторомпоме-2Растроваяэлектроннаямикроскопия(РЭМ)Два режима работы: формирования изображений и дифракционный. В последнем случае дляформирования дифракционнойкартины в задней фокальнойплоскости экрана используетсявставная промежуточная линза.В первом режиме используетсятехника электронной голографии, в результате чего получается истинное изображение всегообъекта, а также количественнаяинформация о структуре доменови окружающих их полей. Дляпроведения микроанализа и изучения электронной структурыматериалов используется техникаспектроскопии с дисперсиейэнергии рентгеновского излучения и потерей энергии электронами–5Высокая пространственная разрешающаяспособность чрезвычайно важна для решения многих практических задач приисследовании наноматериалов.

Однако разрешающуюспособность при формировании изображений ограничивает влияниепромежуточныхипроекционных линз–6Продолжение табл. П12836щаются металлические диафрагмы,ограничивающиетребуемые размеры изображенияРастроваяПо глубине 200 Структурная, химическая и Три режима: формирования изопросвечинм. Поперечная морфологическая информа- бражений, дифракции, спектровающая элек- разрешающаяцияскопии. Во всех режимах необтронная мик- способность 2-20ходима разнообразная спектророскопиянмскопическая и микроскопная(РПЭМ)техника.

С помощью электроннооптического объектива формируется тонкий зондирующий пучокэлектронов, сильно ослабленнойинтенсивности по сравнению сисходной интенсивностью источника. Сканирование образцаосуществляется двухразмернымрастром. Сигналы, полученныеот образца, регистрируются подходящими для этой цели приемникамиДля изучения фундаментальных свойствматериалов в пределах нано- и субнанометровой шкал необходимо использование корректоров имонохроматоров.

Естьоснования полагать,чтоприменениесверхскоростныхусокомпьютеров,вершенствованныхсистем обработки информации и алгоритмов анализа изображений обеспечит получение важнейшихстатистических данных об изучаемыхобъектах2848172345РастроваяРазрешающаяХимические особенности и Фотонная растровая туннельнаясканирующая способность 50 – информация об ориентации микроскопия – операции с непоближнеполь100 нмкрытыми образцами позволяютная оптичереализовать разрешение до 20 нм.ская микроПоперечная силовая микроскопия:скопияволоконный зонд прикрепляется к(СОМП)пьезоэлектрическомуэлементу,приводящему к быстрым колебаниям зонда параллельно поверхности. Амплитуда колебаний уменьшается по мере приближения зондак поверхности.

Ее изменение преобразуется в информацию о расстоянии. Кроме того, существуютоптические микроскопы с иммерсией линз в твердое тело. Это позволяет сместить дифракционныйпредел и формировать изображение в ближнепольном режиме ввертикальном направленииСпектроскоПо глубине <200 Химический состав образца, При прохождении электроновпия электрон- нм. Поперечная электронные структуры ма- сквозь образец материала частьных энерге- разрешающаятериалов, границы кристал- из них взаимодействует с образтических по- способность 1 – лов и пограничные эффекты цом и теряет энергию, а частьтерь (СЭЭП)100 нмпроходит без взаимодействия.Количество потерянной энергиизависит от специфики атома,взаимодействующего с электронами.

По измеренным потерямэнергии можно определить количество и вид атомов, содержа-Проблемой количественной оценки результатаявляетсянизкое значение отношения пика сигналак фону6В идеальном случаежелательно,чтобызонд имел молекулярные размеры. Однакообычно зонд имеетмакроскопическиеразмеры с острием,заканчивающимся наноразмерной вершиной. Кроме того, проблематичным остаетсяизготовление излучателя и приемника вдиапазоне наноразмеровПродолжение табл. П12851090,1 мкм для тяжелых атомов и1 мкм для легкихэлементовКонцентрация каждого элемента в образце, идентификация осадков в сплавах, активные фазы в тяжелых катализаторах,разделение элементов награницах зеренРентгеновская По глубине нано- Структурнаяинформацияабсорбционметры – микро- (границы, координационныеная спектро- метрычисла)скопия (РАС)Рентгеновскаяспектроскопия с дисперсией энергии(РСД)Имеется возможность грубогоделения спектра поглощения надве области: ближняя к краю полосы поглощения и протяженнаятонкая структура спектра поглощения.

В первой из них имеетместо множественное рассеяниеи наличие информации о симметриях и химических состояниях. Во второй области преобладают процессы одиночного рассеяния и наличествует структурная информация (координацион-щихся в образце. Исследуяструктуру спектра, можно такжеопределить химическое состояние атомовРСД наиболее подходяща дляобнаружения элементов с большими атомными номерами, в товремя как СЭЭП наиболее подходяща для элементов с малымиатомными номерами. Элементы сномерами меньшими, чем у углерода, обычно не обнаруживаютсяНизкоеотношениесигнал – шум частооказывается проблемой при проведенииколичественного анализа.Падающий на образецпучокэлектроновприводит к его возбуждению и генерациирегистрируемогорентгеновского излучения. Анализу подлежат пики в спектреэтого излученияПрииспользованииспектра поглощениясочетание более интенсивных источниковрентгеновскогоизлучения с оптимизированными измерительными установками при низких температурахпозволяютполучатьдополнительную информациюв диапазоне высоких286111Спектроскопия одиночной молекулы2–3Индивидуальные функциональные характеристики молекулярных систем: переносвозбуждения, разделение заряда, флуоресцентные воздействия46Необходимо наличие лишь одноймолекулы в объеме, освещаемом(облучаемом) источником.

Этопозволяет наблюдать явления,недоступные при анализе молекулярных соединений: блинкинг, спектральную диффузию–ные числа и межатомные рас- k ⎛⎜ > 16 Αo ⎞⎟ , а также⎝⎠стояния). Исследования методами РАС проще и доступнее в об- выполнять теоретические и эксперименласти спектра поглощениятальные исследованиябиологическихсистем.Используетсяэффект изменения коэффициента поглощения материала в зависимости от энергиифотонов.

При прохождении рентгеновского монохроматического пучка сквозь материал его интенсивность уменьшается изза различных процессов взаимодействия(рассеяния, поглощения и пр.)5Продолжение табл. П1287Рамановскаяспектроскопия (раманспектроскопия)Фотоэлектронная рентгеновскаяспектроскопия(ФРС)или электрон-1415Поляризованная спектроскопияЭлектроннаяоже-спектроскопия (ЭОС)1312По глубине 0,5 –10 нм, пространственнаяразрешающая способность 5 нм –50 мкм––Относится к области дальнопольной микроскопииДолжна изменяться поляризуемость молекулы в процессе ееколебаний, в противном случаерамановское рассеяние не связано с колебательным процессомХимические элементы на по- Пригодна для легких атомов.верхности,исследования Энергия рентгеновских пучковядерных уровнейдолжна находиться в диапазоне200 – 2000 эВОриентация направлений переходоввозбужденияиэмиссии, а также дипольныхмоментовХимическаяинформация:концентрация примесей, колебательные процессыПо глубине 0,3–3 Химический анализ: состав Не обнаруживается водород илинм; по пространст- поверхностных слоев образ- гелий, но зато обнаруживаютсявенной разрешаю- ца, атомных уровнейвсе другие элементы; наибольщей способностишая чувствительность по отно≈ 30 нмшению к элементам с малымиатомными номерами–––Пучок электронов направляется на образец, что приводит к ихэжекции(выбросу,высвобождению)сосновныхуровней.Электроны с верхнихуровней могут переходить на нижниеуровни.

В результатевысвобождается энергия в виде рентгеновского излучения иливысвобождаемых ожеэлектронов. Измерению подлежит энергия оже-электронов28817161Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)–Магнитные свойства ядер;идентификация отдельныхатомов в чистой молекуле икомпозиционный анализ неизвестных материалов; релаксация, подвижность иструктура взаимодействующих молекул в исследуемыхнаносистемах234ная спектроскопиядляхимическогоанализаМассНесколько атом- Состав в приповерхностныхспектрометных слоев толщи- областях материала; конценрия вторич- ной 1 – 3 нмтрация примесейных ионовЕдинственный способ полученияподробной информации о точнойтрехразмерной структуре биологических молекул в растворе.Основан на избирательном поглощении веществом электромагнитной энергии радиочастотного диапазона, обусловленногопереориентацией магнитных моментов атомных ядер, помещенных в магнитное поле.

Наблюдается в случае, когда на образецдействуют два взаимно перпендикулярных магнитных поля:сильное постоянное и слабое переменное с частотой 106 – 108 ГцОбразец подвергается бомбардировкевысокоэнергетическимпучком ионов, в результате чегопроисходит их рассеяние (распыление) образцом (вторичные ионы). Вторичные ионы собираются и диспергируются массспектрометром. Анализ производится по уровням энергии и отношениям масс к зарядам5SIMS является деструктивным методом,поскольку взаимодействие несущих энергию частиц с атомами,обладающимиразличной эффективностью рассеяния, приводит к изменениямхимсостававблизиповерхностиНедостаток – низкаяобнаружительная способность, требующаясравнительно крупноразмерных испытуемых образцов6Окончание табл.