يقال أن الكيميائيين يصنعون طهاة ممتازين. خاصة من المواد العضوية. في الواقع ، قليل من هذا ، هذا الشيء الصغير ، والطبق جاهز. لكن الفيزيائيين يعرفون كيفية الطهي ، وحتى المركبات غير العضوية.
قامت يوليا تيريخوفا ، وهي موظفة في قسم علوم المواد لأشباه الموصلات والعزل في NITU MISiS ، بأداء معجزة علمية صغيرة: لقد حسنت قدرات أكثر الأجهزة دقة في العالم: مجاهر المسح الضوئي. الآن يمكن استخدامها لدراسة سطح المواد على المستوى الذري في درجات حرارة لم تكن ممكنة من قبل. حتى الآن ، لا يمكن للمرء إلا أن يخمن ما سيؤدي إليه ذلك علميًا: نظرًا لأنه لم يلاحظ أحد ما يحدث للأسطح في ظل هذه الظروف ، فإن النتيجة لا تزال غير متوقعة. ولكن هناك شيء واحد مؤكد: من أجل معرفة الأسرار التي يحتفظ بها السطح الساخن حتى لأكثر المواد شهرة ، سيتعين على جميع مختبرات العالم تغيير "قلب" مجهر مسبار المسح - لوحة كهرضغطية ، والتي بفضلها تتحرك إبرة المسح للجهاز.
مجاهر المسح الضوئي (SPM) هي أجهزة بحث علمي لا تسمح فقط بفحص الأشياء على مستوى المقياس النانوي ، ولكن أيضًا للتلاعب بها بدقة عالية. يعتمد مبدأ تشغيل هذه المجاهر على "فحص" سطح العينة المدروسة بإبرة مصغرة - ناتئ. تحتاج إلى تحريك هذه الإبرة بدقة عالية ، عبر مسافات من ترتيب بضعة نانومتر. لهذا الغرض ، يتم استخدام أجهزة خاصة - مشغلات تعمل على أساس التأثير الكهروإجهادي. يمكن رؤيته في ولاعات بيزو ، حيث يؤدي الضغط على زر إلى تشوه حاد في بلورة الكوارتز وظهور شرارة كهربائية. في مجاهر المسبار ، يعمل التأثير المعاكس - الجهد المطبق يشوه البلورة التي يتم توصيل الإبرة بها. من خلال تغيير الجهد ، يمكنك تحريك الإبرة ، ومسح السطح بهذه الطريقة.
الآن ، في معظم مجاهر المسح الضوئي ، يتم استخدام أنابيب تيتانات الزركون (PZT) ككهرباء كهرضغطية. لديها العديد من المزايا على المنافسين ، ولكنها ليست مثالية. لذلك ، على سبيل المثال ، نظرًا لظاهرة مثل التباطؤ الميكانيكي ، يمكن أن ينتقل الكابولي أثناء المسح إلى نقطة غير متوقعة ، وتؤدي المقاومة المنخفضة للكهرباء الكهرضغطية لتغيرات درجة الحرارة إلى حقيقة أن النتائج التجريبية تعتمد على "الطقس" في المختبر.
اقترحت جوليا بدلاً من PZT-ceramics استخدام مادة جديدة تم تطويرها في قسم علوم المواد لأشباه الموصلات وعازل الكهرباء - بلورات أحادية الليثيوم النيومينية لنقل الكابولي.
عُرفت نيوبات الليثيوم نفسها لفترة طويلة - تم الحصول على العينات الأولى في الستينيات من القرن الماضي بشكل مستقل من قبل علماء من اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والولايات المتحدة الأمريكية لاستخدامها في أجهزة الليزر والأجهزة البصرية الأخرى. بالإضافة إلى الخصائص البصرية البارزة ، فإن نيوبيات الليثيوم تتميز أيضًا بخصائص كهرضغطية ولا تحتوي على عيوب متأصلة في السيراميك PZT.
إن الخصائص الكهروإجهادية للنيوبات الليثيوم هي ترتيب من حيث الحجم أسوأ من الخزف الخزفي ، الذي لم يسمح حتى وقت قريب باستخدامه في مجاهر المسح الضوئي: كان لا بد من تطبيق الكثير من الجهد على النيوبات من أجل تحريك إبرة ناتئ مسافة كافية. لكن مجموعة من العلماء من "MISiS" فقط تمكنوا من حل هذه المشكلة. يتم تلدين صفيحة بلورية رقيقة من نيوبات الليثيوم بحيث يتم تشكيل منطقتين من نفس الحجم (المجالات) فيه ، والتي ، عند تطبيق مجال كهربائي ، يتم تشوهها بشكل مختلف. تسمى هذه البلورات ثنائية المجال. بعد اختيار هندسة وتوجيه اللوحة بشكل صحيح ، كان من الممكن الحصول على إزاحة كبيرة للكابول بجهد تحكم منخفض.
بفضل استخدام البلورات من نيوبات الليثيوم ثنائية المجال ، أصبحت الصور أكثر وضوحًا. بالإضافة إلى ذلك ، أصبح من الممكن دراسة الأسطح عند درجات حرارة لا يمكن تحقيقها من سيراميك PZT. تتوقف عن أن تكون كهرضغطية كهربية بالفعل عند 150-200 درجة مئوية ، وتحتفظ النيوبات بخصائص تصل إلى 450 درجة مئوية ، مما يسمح لنا بدراسة التغييرات في السطح الممسوح ضوئيًا أثناء التسخين ، على سبيل المثال.
وفقًا لشروط المسابقة "U.N.N.I.K." صندوق تشجيع الابتكار ، الذي فازت به جوليا تيريخوفا مع مشروعها ، ستعمل عليه لمدة عامين. في الوقت الحالي ، تعمل على تحسين عينة مختبرية من "قلبها" الأول من نوعه من أجل المجهر. يجب أن تكون نتيجة الدراسة جهازًا نهائيًا قادرًا على استبدال أنظمة الإزاحة المتقادمة في مجاهر المسح الضوئي.