Ahli kimia dikatakan membuat koki yang sangat baik. Terutama dari organik. Memang, sedikit ini, hal kecil ini, dan hidangan sudah siap. Tetapi fisikawan tahu cara memasak, dan bahkan senyawa anorganik.
Yulia Terekhova, seorang karyawan Departemen Ilmu Material Semikonduktor dan Dielektrik NITU MISiS, melakukan keajaiban ilmiah kecil: ia meningkatkan kemampuan instrumen paling akurat di dunia: memindai probe mikroskop. Sekarang mereka dapat digunakan untuk mempelajari permukaan zat pada tingkat atom pada suhu yang sebelumnya tidak dapat dicapai. Sejauh ini, orang hanya dapat menebak apa yang akan mengarah pada hal ini secara ilmiah: karena tidak ada yang melihat apa yang terjadi pada permukaan dalam kondisi ini, hasilnya masih tidak dapat diprediksi. Tetapi satu hal yang pasti: untuk mengetahui rahasia apa yang dipelihara permukaan yang dipanaskan oleh zat-zat paling terkenal sekalipun, semua laboratorium di dunia harus mengubah "hati" dari mikroskop pemindai pemindaian - pelat piezoelektrik, berkat jarum pemindaian perangkat yang bergerak.
Scanning probe microscopes (SPMs) adalah perangkat penelitian ilmiah yang memungkinkan tidak hanya untuk memeriksa objek pada tingkat skala nano, tetapi juga untuk memanipulasi mereka dengan akurasi tinggi. Prinsip operasi mikroskop semacam itu didasarkan pada "menyelidiki" permukaan sampel yang diteliti dengan jarum miniatur - penopang. Anda perlu memindahkan jarum seperti itu dengan sangat akurat, pada jarak urutan beberapa nanometer. Untuk tujuan ini, perangkat khusus digunakan - aktuator yang beroperasi berdasarkan efek piezoelektrik. Hal ini dapat dilihat pada korek api piezo, di mana menekan tombol menyebabkan deformasi tajam kristal kuarsa dan munculnya percikan listrik. Dalam mikroskop probe, efek sebaliknya bekerja - tegangan yang diterapkan merusak kristal yang ditempelkan jarum. Dengan memvariasikan tegangan, Anda dapat menggerakkan jarum dan, baris demi baris, memindai permukaan dengan cara ini.
Sekarang, pada kebanyakan mikroskop probe pemindaian, tabung timbal zirkonat titanat (PZT) digunakan sebagai piezoelektrik. Ini memiliki banyak keunggulan dibandingkan pesaing, tetapi itu tidak sempurna. Jadi, misalnya, karena fenomena seperti histeresis mekanis, kantilever selama pemindaian dapat pindah ke titik yang tidak dapat diprediksi, dan resistansi piezoelektrik yang rendah terhadap perubahan suhu mengarah pada fakta bahwa hasil eksperimen bergantung pada "cuaca" di laboratorium.
Julia menyarankan bukannya PZT-keramik untuk menggunakan bahan baru yang dikembangkan di Departemen Ilmu Bahan Semikonduktor dan Dielektrik - bidomenon lithium niobate kristal tunggal untuk memindahkan kantilever.
Lithium niobate sendiri telah dikenal sejak lama - sampel pertama diperoleh pada tahun 60-an abad terakhir secara independen oleh para ilmuwan dari Uni Soviet dan AS untuk digunakan dalam laser dan perangkat optik lainnya. Selain karakteristik optik yang luar biasa, lithium niobate juga menunjukkan sifat piezoelektrik dan tidak memiliki kelemahan yang melekat pada keramik PZT.
Karakteristik piezoelektrik lithium niobate adalah urutan besarnya lebih buruk daripada piezoceramics, yang sampai saat ini tidak memungkinkan penggunaannya dalam pemindaian mikroskop penyelidikan: terlalu banyak tegangan harus diterapkan pada niobate untuk memindahkan jarum kantilever pada jarak yang cukup. Tetapi sekelompok ilmuwan dari NUST "MISiS" mampu menyelesaikan masalah ini. Pelat kristal tipis lithium niobate dianil sehingga dua daerah dengan volume (domain) yang sama terbentuk di dalamnya, yang ketika medan listrik diterapkan, berubah bentuk secara berbeda. Kristal semacam itu disebut bi-domain. Setelah memilih geometri dan orientasi pelat dengan benar, adalah mungkin untuk mendapatkan perpindahan cantilever yang signifikan pada tegangan kontrol rendah.
Berkat penggunaan kristal dari lithium-niobate bi-domain, gambar menjadi lebih jelas. Selain itu, menjadi mungkin untuk mempelajari permukaan pada suhu yang tidak terjangkau untuk keramik PZT. Itu berhenti menjadi piezoelektrik sudah pada 150 - 200 ° C, dan niobate mempertahankan sifat hingga 450 ° C, yang memungkinkan kita untuk mempelajari perubahan pada permukaan yang dipindai selama pemanasan, misalnya.
Menurut ketentuan kompetisi "U.M.N.I.K." Dana Promosi Inovasi, yang dimenangkan oleh Julia Terekhova dengan proyeknya, dia akan mengerjakannya selama dua tahun. Saat ini, ia sedang mengoptimalkan sampel laboratorium yang pertama dari "inti" jenisnya untuk mikroskop. Hasil penelitian harus menjadi perangkat jadi yang mampu menggantikan sistem perpindahan usang dalam pemindaian mikroskop probe.