CINXE.COM

<!DOCTYPE html>    <html>  <head><script type="text/javascript" src="https://web-static.archive.org/_static/js/bundle-playback.js?v=7YQSqjSh" charset="utf-8"></script> <script type="text/javascript" src="https://web-static.archive.org/_static/js/wombat.js?v=txqj7nKC" charset="utf-8"></script> <script>window.RufflePlayer=window.RufflePlayer||{};window.RufflePlayer.config={"autoplay":"on","unmuteOverlay":"hidden"};</script> <script type="text/javascript" src="https://web-static.archive.org/_static/js/ruffle/ruffle.js"></script> <script type="text/javascript"> __wm.init("https://web.archive.org/web"); __wm.wombat("http://n-t.ru:80/nj/nz/1989/0901.htm","20190221031302","https://web.archive.org/","web","https://web-static.archive.org/_static/", "1550718782"); </script> <link rel="stylesheet" type="text/css" href="https://web-static.archive.org/_static/css/banner-styles.css?v=p7PEIJWi" /> <link rel="stylesheet" type="text/css" href="https://web-static.archive.org/_static/css/iconochive.css?v=3PDvdIFv" />  <title>Атомный силовой микроскоп. Научные журналы. Наука и техника</title> <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge,chrome=1"/> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1"> <meta name="SKYPE_TOOLBAR" content="SKYPE_TOOLBAR_PARSER_COMPATIBLE"/>  <meta property="og:title" content="Атомный силовой микроскоп"> <meta property="og:url" content="https://web.archive.org/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/nz/1989/0901.htm"> <meta property="og:image" content="https://web.archive.org/web/20190221031302im_/http://n-t.ru/n-t158.png"> <meta property="og:image:width" content="316"> <meta property="og:image:height" content="316"> <meta property="og:description" content="В конце 1986 года Герд Бинниг предложил конструкцию прибора нового поколения, который позволяет исследовать поверхности с беспрецедентной детальностью, но уже вовсе не обязательно электропроводящие. Так, на смену сканирующему туннельному микроскопу пришёл атомный силовой микроскоп. "> <link rel="icon" href="/web/20190221031302im_/http://n-t.ru/favicon.ico" type="image/x-icon"> <link href="/web/20190221031302cs_/http://n-t.ru/dz/nit.css" rel="stylesheet" type="text/css"> </head> <body> <script type="text/javascript"></script> <div id="fb-root"></div> <script>(function(d, s, id) { var js, fjs = d.getElementsByTagName(s)[0]; if (d.getElementById(id)) return; js = d.createElement(s); js.id = id; js.src = "//web.archive.org/web/20190221031302/http://connect.facebook.net/ru_RU/sdk.js#xfbml=1&version=v2.4&appId=1615304618725556"; fjs.parentNode.insertBefore(js, fjs); }(document, 'script', 'facebook-jssdk'));</script> <div class="vk vkm">  <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/"> <img class="il1" style="float: left;" src="/web/20190221031302im_/http://n-t.ru/dz/1024-logo.gif" border="0" width="208" height="72" alt="Перейти в начало сайта" title="Перейти в начало сайта"> <img class="il2" style="float: left;" src="/web/20190221031302im_/http://n-t.ru/dz/480-800-logo.gif" border="0" width="50" height="50" alt="Перейти в начало сайта" title="Перейти в начало сайта"> </a>  <div class="nv nm1">Электронная библиотека «Наука и техника»</div> <div class="nv nm2">n-t.ru: Наука и техника</div>  <div class="nv nv1"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/">Начало сайта</a> / <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/">Научные журналы</a> / <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/nz/">Наука и жизнь</a></div> <div class="nv nv2"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/">Начало сайта</a> / <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/">Научные журналы</a> / <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/nz/">Наука и жизнь</a></div> <div class="fp1"><div class="ya-site-form ya-site-form_inited_no" onclick="return {'action':'https://web.archive.org/web/20190221031302/http://n-t.ru/sy.htm','arrow':false,'bg':'transparent','fontsize':14,'fg':'#000000','language':'ru','logo':'rb','publicname':'Поиск по n-t.ru','suggest':false,'target':'_self','tld':'ru','type':3,'usebigdictionary':true,'searchid':149297,'webopt':false,'websearch':false,'input_fg':'#a1aab3','input_bg':'#ffffff','input_fontStyle':'normal','input_fontWeight':'normal','input_placeholder':'Поиск по n-t.ru:','input_placeholderColor':'#a1aab3','input_borderColor':'#B8D9B8'}"><form action="https://web.archive.org/web/20190221031302/http://yandex.ru/sitesearch" method="get" target="_self"><input type="hidden" name="searchid" value="149297"/><input type="hidden" name="l10n" value="ru"/><input type="hidden" name="reqenc" value=""/><input type="search" name="text" value=""/><input type="submit" value="Найти"/></form></div><style type="text/css">.ya-page_js_yes .ya-site-form_inited_no { display: none; }</style><script type="text/javascript">(function(w,d,c){var s=d.createElement('script'),h=d.getElementsByTagName('script')[0],e=d.documentElement;if((' '+e.className+' ').indexOf(' ya-page_js_yes ')===-1){e.className+=' ya-page_js_yes';}s.type='text/javascript';s.async=true;s.charset='utf-8';s.src=(d.location.protocol==='https:'?'https:':'http:')+'//web.archive.org/web/20190221031302/http://site.yandex.net/v2.0/js/all.js';h.parentNode.insertBefore(s,h);(w[c]||(w[c]=[])).push(function(){Ya.Site.Form.init()})})(window,document,'yandex_site_callbacks');</script></div> </div> <div class="pl plm"> <div class="pll"> <p class="rz"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ns/" class="arz">Научные статьи</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ns/fz/" class="arb">Физика звёзд</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ns/fm/" class="arb">Физика микромира</a></p> <p class="rz"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/" class="arz">Журналы</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/pr/" class="arb">Природа</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/nz/" class="arb">Наука и жизнь</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/pl/" class="arb">Природа и люди</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/tm/" class="arb">Техника – молодёжи</a></p> <p class="rz"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nl/" class="arz">Нобелевские лауреаты</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nl/fz/" class="arb">Премия по физике</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nl/hm/" class="arb">Премия по химии</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nl/lt/" class="arb">Премия по литературе</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nl/mf/" class="arb">Премия по медицине</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nl/ek/" class="arb">Премия по экономике</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nl/mr/" class="arb">Премия мира</a></p> <p class="rz"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ri/" class="arz">Книги</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ri/lz/da.htm" id="rb">Во главе двух академий</a> </p><p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ri/gn/kl.htm" id="rb">Как люди научились летать</a> </p><p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ri/mr/km.htm" id="rb">Квантовый мир</a> </p><p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ri/fd/pm.htm" id="rb">Плеяда великих медиков</a> </p><p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ri/mk/sk.htm" id="rb">Смотри в корень!</a> </p><p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ri/ls/up.htm" id="rb">Ученые – популяризаторы науки</a> </p> <p class="rz"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ii/" class="arz">Издания НиТ</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ii/ba/" class="arb">Батарейки и аккумуляторы</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ii/os/" class="arb">Охранные системы</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ii/ie/" class="arb">Источники энергии</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ii/st/" class="arb">Свет и тепло</a></p> <p class="rz"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/" class="arz">Научно-популярные статьи</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/ns/" class="arb">Наука сегодня</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/ng/" class="arb">Научные гипотезы</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/to/" class="arb">Теория относительности</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/in/" class="arb">История науки</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/nr/" class="arb">Научные развлечения</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/ts/" class="arb">Техника сегодня</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/it/" class="arb">История техники</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/iz/" class="arb">Измерения в технике</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/ie/" class="arb">Источники энергии</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/rn/" class="arb">Наука и религия</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/mr/" class="arb">Мир, в котором мы живём</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/lt/" class="arb">Лит. творчество ученых</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/br/" class="arb">Человек и общество</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/ob/" class="arb">Образование</a></p> <p class="rb"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/rz/" class="arb">Разное</a></p> </div> <div class="plp plpm"> <h1>Атомный силовой микроскоп</h1> <p> </p> <p>В 1982 году два швейцарских физика <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nl/fz/binnig.htm">Герд Бинниг</a> и <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nl/fz/rohrer.htm">Гейнрих Рорер</a>, работающие в Исследовательской лаборатории фирмы ИБМ в Цюрихе (Швейцария), сконструировали прибор совершенно нового типа, с помощью которого можно было рассматривать отдельные атомы на поверхности (см. статью <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/nz/1986/0501.htm">«Поверхности твердых тел»</a>). Создателям этого прибора – сканирующего туннельного микроскопа (сокращенно – СТМ) – в 1986 году была присуждена Нобелевская премия.</p> <p>Исследователи всего мира, занимающиеся физикой поверхности, да и вообще физикой конденсированных сред, немедленно убедились, что туннельный микроскоп – прибор совершенно замечательный. Действительно, ведь до его появления еще никому не удавалось разглядывать поверхность с такой неслыханной детальностью – атом за атомом. Однако у СТМ есть один недостаток: с его помощью можно изучать только материалы, хорошо проводящие электрический ток. Такое ограничение вытекает из самого принципа работы СТМ – для эффективного туннелирования (просачивания) электронов через зазор между поверхностью исследуемого образца и чувствительным элементом прибора (иглой) на поверхности должно быть много, как говорят физики, электронных состояний. Поэтому когда исследователи принялись изучать с помощью СТМ непроводящие вещества, они были вынуждены покрывать такие вещества металлической пленкой либо «пришивать» их к поверхности проводника, например золота.</p> <p>Но вот в конце 1986 года тот же Бинниг предложил конструкцию прибора нового поколения, который тоже позволяет исследовать поверхности с беспрецедентной детальностью, но уже вовсе не обязательно электропроводящие. Новый прибор был назван атомным силовым микроскопом, и сегодня именно он представляет наибольший интерес для исследователей.</p> <p align="center"><img src="/web/20190221031302im_/http://n-t.ru/nj/nz/1989/0901_p01.gif" width="481" height="315" alt="Принцип действия атомного силового микроскопа" vspace="5" border="0"></p> <p class="sm mb"><b>Рис. 1.</b> Принцип действия атомного силового микроскопа (АСМ)</p> <p>Принцип действия атомного силового микроскопа (АСМ) основан на использовании сил атомных связей, действующих между атомами вещества. На малых расстояниях между двумя атомами (около одного ангстрема, 1 Å = 10<sup>–8</sup> см) действуют силы отталкивания, а на больших – силы притяжения. Совершенно аналогичные силы действуют и между любыми сближающимися телами. В сканирующем атомном силовом микроскопе такими телами служат исследуемая поверхность и скользящее над нею острие. Обычно в приборе используется алмазная игла, которая плавно скользит над поверхностью образца (как говорят, сканирует эту поверхность). При изменении силы <i>F</i>, действующей между поверхностью и острием, пружинка <i>П</i>, на которой оно закреплено, отклоняется, и такое отклонение регистрируется датчиком <i>D</i>. В качестве датчика в АСМ могут использоваться любые особо точные и чувствительные – прецизионные – измерители перемещений, например оптические, емкостные или туннельные датчики. На рисунке показан именно последний тип датчика, – фактически это такая же игла, какая применяется в сканирующем туннельном микроскопе. Величина отклонения упругого элемента (пружинки) несет информацию о высоте рельефа – топографии поверхности и, кроме того, об особенностях межатомных взаимодействий. Можно сказать, что в атомном силовом микроскопе сканирование исследуемого образца происходит по «поверхности постоянной силы», тогда как в СТМ – по поверхности постоянного туннельного тока. Принципы же прецизионного управления, основанного на обратной связи и улавливающего самые ничтожные изменения рельефа поверхности, в СТМ и АСМ практически одинаковы.</p> <p align="center"><img src="/web/20190221031302im_/http://n-t.ru/nj/nz/1989/0901_p02.gif" width="400" height="387" alt="Схема сканирующего атомного силового микроскопа" vspace="5" border="0"></p> <p class="sm mb"><b>Рис. 2</b>. Схема сканирующего атомного силового микроскопа</p> <p>На рисунке изображена схема атомного силового микроскопа. <i>О</i> – острие (игла), <i>П</i> – пружина, на которой оно закреплено; <i>P</i>, <i>Px</i>, <i>Py</i>, <i>Pz</i> – пьезоэлектрические преобразователи. При этом <i>Px</i> и <i>Py</i> служат для сканирования образца под иглой, а <i>Pz</i> управляет расстоянием от острия до поверхности, <i>D</i> – туннельный датчик, который регистрирует отклонения пружинки с острием.</p> <p>Атомный силовой микроскоп может использоваться для определения микрорельефа поверхности любых веществ, как проводящих, так и непроводящих, с его помощью можно наблюдать всевозможные несовершенства структуры, локализованные на изучаемых поверхностях, например, дислокации или заряженные дефекты, а также всяческие примеси. Кроме того, АСМ позволяет выявить границы различных блоков в кристалле, в частности доменов (см. статью <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/nz/1988/0901.htm">«Намагничивает свет»</a>). В последнее время с помощью атомного силового микроскопа физики стали интенсивно изучать биологические объекты, например молекулы ДНК и другие макромолекулы, главным образом для целей нарождающегося и, судя по всему, чрезвычайно перспективного направления – биомолекулярной технологии. Интересно, что АСМ позволяет решать не только прикладные задачи, но и глобальные проблемы фундаментальной физики. В частности, определив с его помощью поведение межатомных сил и константы взаимодействий между атомами поверхности и острия, можно сделать довольно точные заключения о существовании или отсутствии новых фундаментальных взаимодействий (см. статью <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/nz/1988/0101.htm">«Рассеяние света»</a>) и даже о структуре физического вакуума.</p> <p> </p> <p class="data">Ранее опубликовано:</p> <p class="sm">Наука и жизнь. 1989. №9.</p>  <div class="dk"> <div class="dp"> <p class="data nb">Дата публикации:</p> <p class="sm nb">10 декабря 2002 года</p> </div> <div class="ev"> <p class="data">Электронная версия:</p> <p class="sm nb">© <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/">НиТ</a>. <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/">Научные журналы</a>, 2002</p> </div> </div> </div>  </div>  <div class="nk nkm"> <div class="fp2"><div class="ya-site-form ya-site-form_inited_no" onclick="return {'action':'https://web.archive.org/web/20190221031302/http://n-t.ru/sy.htm','arrow':false,'bg':'transparent','fontsize':14,'fg':'#000000','language':'ru','logo':'rb','publicname':'Поиск по n-t.ru','suggest':false,'target':'_self','tld':'ru','type':3,'usebigdictionary':true,'searchid':149297,'webopt':false,'websearch':false,'input_fg':'#a1aab3','input_bg':'#ffffff','input_fontStyle':'normal','input_fontWeight':'normal','input_placeholder':'Поиск по n-t.ru:','input_placeholderColor':'#a1aab3','input_borderColor':'#B8D9B8'}"><form action="https://web.archive.org/web/20190221031302/http://yandex.ru/sitesearch" method="get" target="_self"><input type="hidden" name="searchid" value="149297"/><input type="hidden" name="l10n" value="ru"/><input type="hidden" name="reqenc" value=""/><input type="search" name="text" value=""/><input type="submit" value="Найти"/></form></div><style type="text/css">.ya-page_js_yes .ya-site-form_inited_no { display: none; }</style><script type="text/javascript">(function(w,d,c){var s=d.createElement('script'),h=d.getElementsByTagName('script')[0],e=d.documentElement;if((' '+e.className+' ').indexOf(' ya-page_js_yes ')===-1){e.className+=' ya-page_js_yes';}s.type='text/javascript';s.async=true;s.charset='utf-8';s.src=(d.location.protocol==='https:'?'https:':'http:')+'//web.archive.org/web/20190221031302/http://site.yandex.net/v2.0/js/all.js';h.parentNode.insertBefore(s,h);(w[c]||(w[c]=[])).push(function(){Ya.Site.Form.init()})})(window,document,'yandex_site_callbacks');</script></div> <div style="padding: 4px 0 6px 0; background: #f0faff;"><div class="fp2"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/">В начало сайта</a> | <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ri/">Книги</a> | <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/tp/">Статьи</a> | <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nj/">Журналы</a> | <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/nl/">Нобелевские лауреаты</a> | <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ii/">Издания НиТ</a> <br> <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ks.htm#n-t">Карта сайта</a> | <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/sp/">Cовместные проекты</a> | <a href="https://web.archive.org/web/20190221031302/http://smbr.ru/">Журнал «Сумбур»</a> | <a href="https://web.archive.org/web/20190221031302/http://o-val.ru/">Игумен Валериан</a> </div></div> <div style="padding: 4px 0 6px 0; background: #fffceb; border-top: 1px solid #99D8FF;"><div class="fp2">© <a href="https://web.archive.org/web/20190221031302/http://n-t.ru/">МОО «Наука и техника»</a>, 1997...2019</div></div> <div style="padding: 4px 0 6px 0; background: #f0faff; border-top: 1px solid #99D8FF;"><div class="fp2"><a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/md.htm">Об организации</a> • <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ad.htm">Аудитория</a> • <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/ki.htm">Связаться с нами</a> • <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/rr.htm">Разместить рекламу</a> • <a href="/web/20190221031302/http://n-t.ru/pi.htm">Правовая информация</a> </div></div> </div> </body></html>