Sərbəst İş Fənn : Nanotexnologiya Müəllim

Atom-güc mikroskopu

Son dövrlərdə yeni qurğular yaranmışdır ki, onların köməyi ilə ayrı-ayrı atomları müşahidə etmək olar. Belə cihaz atom gücündə skanedici mikroskopdur. İti uc və nümunə arasında 108 – 109 N sırasında dartma və itələmə (boşluğun qiymətindən asılı olaraq) mexaniki qüvvə təsir edir. Bu qüvvə elektrik mənşəli deyil, atomlar aras Van-der-Vals qarşılıqlı təsirindən baş verir ki, onlar da birbirindən müəyyən 0 A məsafədə durur. Bu qüvvə baxmayaraq ki, azdır, ancaq makromikroskopik alətlə ölçülməyə imkan verir.

Məsələn, 1 N/m sərtlikdə yay belə qüvvənin təsiri altında bir neçə nanometr kənara çıxır. Belə qüvvə r məsafəsilə dəyişir, ancaq eksponentə görə yox, hər halda kifayət qədər tez. Misal üçün, iki ayrılmış atomlar üçün qarşılıqlı cazibə qüvvəsinin dəyişməsini U  1/r6 kimi ifadə etmək olar. Beləliklə, bu halda müstəvi sərbəstliyi kifayət qədər yüksək olmalıdır. Atomlar arası qarşılıqlı təsiri mexaniki qüvvəyə əsaslanan cihaz atom gücündə skan edən mikroskop (AGSEM) adı aldı. Konstruktiv olaraq AGSEM özünü iki pyezokeramik skanerdən tandem (xüs. maşın və ya onun hissələrinin bir xətt üzrə düzülməsi) kimi təqdim edir ki, bunlardan biri nümunə ilə, digəri isə - SETM iti ucu ilə bağlıdır. Onlar arasında metal və ya dielektrik iti uclu (almaz dənəcikləri) düz yay yerləşdirilir və tarazlıqdan kənara çıxması tunel cərəyanına görə təyin edilir ki, yayın arxa tərəfi və SETM – u arasında axır (şəkil 2.7).
Nümunə daşıyan pyezoelement möhkəm elementə iti ucu aparmalı və müstəviyə görə skan edilməlidir. İkinci pyezoelement başlanğıc qurğu üçün tunel aralığı kimi istifadə edilir. Qeydiyyatın başqa bir mümkün üsulu – nümunənin skan edilməsində yayla (daha doğrusu, SETM sabit boşluq ilə) nümunə arasında təsir edən qüvvənin saxlanılmasıdır ki, nümunə pyezoelementinə əks rabitə siqnalı çatsın. Həmçinin tunel cərəyanını təşkil edən amplitud dəyişməsinin tutulması, nümunənin vəziyyətinin modullaşmasının baş verməsi və yaxud güc qradiyentindən asılı olan yayların özlərinin xüsusi tezlikləri mümkündür. Yaycığın vəziyyətinin təyin edilməsi üçün optiki interferensiya və yaxud həcm üsulundan istifadə edilir. SETM parametrləri ilk növbədə yaycıqla təyin edilir: o, aşağı sərtliyə malik (1 N/m) olmalıdır ki, atom gücü altında deformasiya hiss olunacaq dərəcədə böyük və yüksək xüsusi tezliyə çatsın, yəni, aşağı kütləyə və malik olmalıdır ki, titrəyişə dayanıqlılığa nail olunsun. AGSEM-in birinci növlərində hamar folqa istifadə edilmişdir, ancaq, indi həssas elementlər silisiumdan hazırlanan silisium oksidlərindən alınır.

Şəkil 2.7. Atom gücündə skanedici mikroskopun sxemi: 1 – tədqiq olunan nümunə; 2 – AGSEM iti ucu (almaz dənəciyi); 3 – yaylı həssas element (Au – 0.8 x 0.25 x 0.25 mm3 ); 4 – həssas elementin vəziyyətinə nəzarət üçün SETM iti ucu; 5 – AGSEM iti ucunun vəziyyətinin modullaşması üçün pyezoelement; 6, 7 – uyğun olaraq AGSEM və SETM pyezoskaneri; 8 – vitondan aralıq qatı; 9 – alüminumdan gövdə.

Atom-güc mikroskopunda zond kimi mikrominyatür elastiki lövhəcik istifadə edilə bilər. Bu halda, sərbəst sonluğunda fotolitoqrafiya üsulu ilə bərk materialdan (almaz, silisium nitrid) iti uc (kantilevr) formalaşdırılır. Zond səth uzunluğunda yer dəyişdikdə kontilevrin kənara çıxmalarını qeyd edir və yaxud zondun yerdəyişməsini elə həyata keçirirlər ki, kontilevrin əyilməsi (və yaxud boşluq və nümunə arasında qarşılıqlı təsir qüvvəsi) sabit qalsın. Axırıncı halda alınmış görünüş sabit qüvvənin kontur xəttinə uyğun gəlir.
Son zamanlar AGSEM həssas elementləri kimi karbon nanoboruları istifadə olunmağa başladı, hansında ki, öz xüsusi titrəyiş tezliyi atomunkuna yaxındır (1012 – 1013 QHers) və dəyişməsi Van-der-Vals qüvvəsinin təsirində çox vacib hiss olunacaq dərəcədədir. Bununla belə karbon nanoboruların bəzi növləri ballistik (ağır cisimlərin uçuşundan bəhs edən elm) keçiriciliyə malikdirlər. KNB istifadəsi hallarında onların möhkəmliyi və bərkliyi o qədər böyükdür ki, kantilevrin itiliyini əlavə olaraq möhkəmləndirmək zərurəti aradan qalıxır. Qeyd etmək lazımdır ki, əgər həssas elementin iti ucu cərəyan keçirirsə, onda belə cihaz SETM və AGSEM-nu özündə birləşdirir, daha doğrusu, son dərəcə universal cihaz olur. AGSEM-in üstünlükləri – dielektrik materiallarla işləməsinin mümkünlüyüdür. Atoma yaxın ərimiş kvarsın (SiO2) sətinə yaxınlaşmağa icazə alınmışdır. AGSEM-in köməyi ilə ferromaqnit materialın (domenlərin səthi və domenlər arası sərhəd) maqnit quruluşunu öyrənmək olar. Bunun üçün iti uca (məsələn, KNB təpəsinə) ferromaqnit material hissəciyi yerləşdirilir. Həlletmə qabiliyyətini bir neçə nanometrlər təşkil edir, harada ki, maqnit gücü uzun fəaliyyət göstərəndir. AGSEM təkcə səthin profilini (kəsik, bir şeyin kəsiyi) yox, həm də yerli sürtünmə qüvvəsini, adgeziya kəmiyyətini, elastikliyi və icazə verilmiş subnanometr sahəli səthin özlülük xüsusiyyətini öyrənməyə imkan verir. Onların sayəsində azaldılmış sərtlikli keçirici olmayan materialların – polimerlərin, bioobyektlərin tədqiqatı mümkün oldu. Belə hallarda ahəngdarlıq rezonans titrəyişinə çevrilir, ancaq səthlə qarşılıqlı təsir ampilitudun, tezliyin və rezonans titrəyişlərinin fazasının dəyişməsinə səbəb olur. Bu halda nümunənin səthinə təsir azalır və makromolekulun iştirakı ilə səth hadisələri dinamikasının öyrənilməsinə nail olunmuşdur. Həmçinin AGSEM köməyi ilə bioloji obyektlərlə: bakteriyalarla, mikroblarla, canlı orqanizm hüceyrələri və s. də işləmək rahatdır. Beləliklə, AGSEM-in istifadə edilməsinin perspektivləri SETM ilə uyğunlaşdırdıqda çox ümid verici olur və şübhəsiz, nanotexnologiyanın inkişafı üçün elmi və tətbiqi tədqiqatlarda geniş tətbiq sahələri tapacaqlar.


Mənbələr:
Nanotexnologiya mühazirə mətnləri
http://anl.az/el/Kitab/2018/06/cd/2017-2422.pdf - Nanotexnologiya dərs vəsaiti
https://az.wikipedia.org/wiki/Fermentl%C9%99r – Fermentlər