गर्म माइक्रोस्कोप

रसायनज्ञों को उत्कृष्ट रसोइया बनाने के लिए कहा जाता है। खासकर ऑर्गेनिक्स से। दरअसल, इसका एक चुटकी, यह छोटी सी चीज, और पकवान तैयार है। लेकिन भौतिकविदों को पता है कि कैसे खाना बनाना है, और यहां तक ​​कि अकार्बनिक यौगिक भी।


यूलिया तेरेखोवा, एनआईटीयू एमआईएसआईएस के अर्धचालक और सामग्री विज्ञान विभाग के एक कर्मचारी ने एक छोटे वैज्ञानिक चमत्कार का प्रदर्शन किया: उसने दुनिया के सबसे सटीक उपकरणों की क्षमताओं में सुधार किया: जांच सूक्ष्मदर्शी स्कैनिंग। अब उनका उपयोग पहले अप्राप्य तापमान पर परमाणु स्तर पर पदार्थों की सतह का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है। अब तक, कोई केवल यह अनुमान लगा सकता है कि यह वैज्ञानिक रूप से क्या करेगा: चूंकि किसी ने नहीं देखा है कि इन परिस्थितियों में सतहों पर क्या होता है, परिणाम अभी भी अप्रत्याशित है। लेकिन एक बात सुनिश्चित करने के लिए है: यह पता लगाने के लिए कि सबसे प्रसिद्ध पदार्थों की गर्म सतह भी क्या रहस्य रखती है, दुनिया के सभी प्रयोगशालाओं को एक स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप के "दिल" को बदलना होगा - एक पीजोइलेक्ट्रिक प्लेट, जिसके लिए डिवाइस की स्कैनिंग सुई चलती है।


स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप (एसपीएम) वैज्ञानिक अनुसंधान उपकरण हैं जो न केवल नैनोस्केल स्तर पर वस्तुओं की जांच करने की अनुमति देते हैं, बल्कि उन्हें उच्च सटीकता के साथ हेरफेर करने की भी अनुमति देते हैं। ऐसे सूक्ष्मदर्शी के संचालन का सिद्धांत एक लघु सुई के साथ अध्ययन किए गए नमूने की सतह "जांच" पर आधारित है - एक ब्रैकट। आपको कुछ नैनोमीटर के क्रम की दूरी पर, ऐसी सुई को बहुत सटीक रूप से स्थानांतरित करने की आवश्यकता है। इस उद्देश्य के लिए, विशेष उपकरणों का उपयोग किया जाता है - पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव के आधार पर सक्रिय करने वाले एक्ट्यूएटर। यह पीजो लाइटर में देखा जा सकता है, जिसमें एक बटन दबाने से क्वार्ट्ज क्रिस्टल की तेज विकृति और एक इलेक्ट्रिक स्पार्क की उपस्थिति होती है। जांच सूक्ष्मदर्शी में, विपरीत प्रभाव काम करता है - लागू वोल्टेज क्रिस्टल को विकृत करता है जिससे सुई जुड़ी हुई है। वोल्टेज को अलग करके, आप सुई को स्थानांतरित कर सकते हैं और, लाइन से लाइन, इस तरह से सतह को स्कैन कर सकते हैं।

अब, अधिकांश स्कैनिंग जांच सूक्ष्मदर्शी में, लीड जिरकोनेट टाइटनेट (पीजेडटी) ट्यूबों को पीजोइलेक्ट्रिक के रूप में उपयोग किया जाता है। प्रतियोगियों पर इसके कई फायदे हैं, लेकिन यह सही नहीं है। इसलिए, उदाहरण के लिए, यांत्रिक हिस्टैरिसीस जैसी घटना के कारण, स्कैनिंग के दौरान ब्रैकट एक अप्रत्याशित बिंदु पर जा सकता है, और तापमान परिवर्तन के लिए पीजोइलेक्ट्रिक का कम प्रतिरोध इस तथ्य की ओर जाता है कि प्रयोगात्मक परिणाम प्रयोगशाला में "मौसम" पर निर्भर करते हैं।



जूलिया ने कैंटिलीवर को स्थानांतरित करने के लिए सेमीकंडक्टर्स और डायलेक्ट्रिक्स - बिडोमेनॉन लिथियम नीओबेट सिंगल क्रिस्टल के डिपार्टमेंट ऑफ मैटेरियल्स साइंस में विकसित एक नई सामग्री का उपयोग करने के लिए पीजेडटी-सिरेमिक के बजाय सुझाव दिया।

लिथियम नीबॉएट अपने आप में एक लंबे समय के लिए जाना जाता है - पहला नमूना पिछली शताब्दी के 60 के दशक में यूएसएसआर और यूएसए के वैज्ञानिकों द्वारा लेज़रों और अन्य ऑप्टिकल उपकरणों में उपयोग के लिए स्वतंत्र रूप से प्राप्त किया गया था। बकाया ऑप्टिकल विशेषताओं के अलावा, लिथियम नाइओबेट भी पीजोइलेक्ट्रिक गुणों का प्रदर्शन करता है और इसमें पीजेडटी सिरेमिक के अंतर्निहित नुकसान नहीं होते हैं।


लिथियम नीबॉएट की पीजोइलेक्ट्रिक विशेषताएं पाईज़ोएर्सिक्स की तुलना में बदतर परिमाण का एक क्रम है, जो हाल ही में स्कैनिंग जांच सूक्ष्मदर्शी में इसके उपयोग की अनुमति नहीं देता है: कैंटिलीवर सुई को पर्याप्त दूरी पर ले जाने के लिए बहुत अधिक वोल्टेज को नीबॉएट पर लागू किया जाना था। लेकिन NUST "MISiS" के वैज्ञानिकों का एक समूह इस समस्या को हल करने में सक्षम था। लिथियम निओबेट की एक पतली क्रिस्टलीय प्लेट को एनालाइज किया जाता है ताकि एक ही वॉल्यूम (डोमेन) के दो क्षेत्र इसमें बन जाएं, जो कि जब एक इलेक्ट्रिक फील्ड को लागू किया जाता है, तो अलग तरीके से विकृत किया जाता है। इस तरह के क्रिस्टल को द्वि-डोमेन कहा जाता है। प्लेट की ज्यामिति और अभिविन्यास को सही ढंग से चयनित करने के बाद, कम नियंत्रण वाले वोल्टेज पर ब्रैकट के महत्वपूर्ण विस्थापन प्राप्त करना संभव था।

द्वि-डोमेन लिथियम नाइओबेट से क्रिस्टल के उपयोग के लिए धन्यवाद, छवियां स्पष्ट हो गईं। इसके अलावा, PZT सिरेमिक के लिए अप्राप्य तापमान पर सतहों का अध्ययन करना संभव हो गया। यह पहले से ही 150 - 200 डिग्री सेल्सियस पर एक पीजोइलेक्ट्रिक होना बंद कर देता है, और नीबॉएट 450 डिग्री सेल्सियस तक गुणों को बरकरार रखता है, जो हमें उदाहरण के लिए, हीटिंग के दौरान स्कैन की गई सतह में बदलाव का अध्ययन करने की अनुमति देता है।



प्रतियोगिता की शर्तों के अनुसार "U.M.N.I.K." इनोवेशन प्रमोशन फंड, जिसे जूलिया तेरेखोवा ने अपने प्रोजेक्ट के साथ जीता, वह दो साल तक इस पर काम करेगी। फिलहाल, वह माइक्रोस्कोप के लिए अपनी तरह के "कोर" के पहले प्रयोगशाला नमूने का अनुकूलन कर रही है। अध्ययन का परिणाम एक तैयार उपकरण होना चाहिए जो जांच माइक्रोस्कोपों ​​में अप्रचलित विस्थापन प्रणालियों को बदलने में सक्षम हो।