Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Показанный прибор выполняет атомно-силовую микроскопию для измерения характеристик поверхности и визуализации полупроводниковых пластин, литографических масок, магнитных носителей, CD / DVD, биоматериалов, оптики и множества других образцов. Ученый слева работает в Центре наноразмерных материалов Аргоннской национальной лаборатории.

Атомно - де - Бройля микроскопа (также атомный наноскоп , нейтральный пучок микроскопа , или сканирование гелия микроскопа , когда гелий используется в качестве зондирующего атома) представляет собой систему формирования изображения , которая , как ожидается , чтобы обеспечить разрешение в нанометровом масштабе. Иногда люди называют это наноскопом.

История [ править ]

Разрешение оптических микроскопов ограничено несколькими сотнями нанометров из-за волновых свойств света.

Идея построения изображений с помощью атомов вместо света широко обсуждается в литературе с прошлого века. [1] [2] [3] [4] [5] Атомная оптика, использующая нейтральные атомы вместо света, могла бы обеспечить такое же хорошее разрешение, как и электронный микроскоп, и быть полностью неразрушающим, потому что короткие длины волн порядка нанометра могут быть реализуется при низкой энергии зондирующих частиц. «Отсюда следует, что возможен гелиевый микроскоп с нанометровым разрешением. Микроскоп на атомах гелия будет [] уникальным неразрушающим инструментом для отражательной или просвечивающей микроскопии». [4]

Фокусировка нейтральных атомов [ править ]

В настоящее время системы атомно-оптической визуализации не могут конкурировать с электронной микроскопией и различными типами датчиков ближнего поля . Основная проблема в оптике атомных пучков для системы формирования изображений - это фокусирующий элемент. Нет материала, прозрачного для пучка низкоэнергетических атомов. Были предложены зонная пластинка Френеля [5] и линза с исчезающим полем [6] , а также различные атомные зеркала . [7] [8] [9] Такие зеркала используют квантовое отражение от хвостов потенциала Казимира – Ван-дер-Ваальса . [10]

Ребристые зеркала [ править ]

В последнее время характеристики твердотельных атомных зеркал были значительно улучшены за счет использования так называемых ребристых зеркал (или дифракционных зеркал Френеля ). [11] [12] [13] [14] [15] зеркальное отражение из атомной волны от ребристого зеркала можно интерпретировать как пространственный эффект Зенона . [13] При соответствующем эллипсоидальном профиле такое зеркало можно использовать для фокусировки атомного пучка в пятно размером в несколько десятков нанометров; [16]рассеяние атомов из этого пятна дает изображение объекта, как в сканирующем конфокальном микроскопе , сканирующем электронном микроскопе или сканирующей зондовой микроскопии .

Схема, показанная на картинке, - одна из возможностей. Похожая схема размещена на домашней странице Кембриджского университета; [17] см. Там дополнительный список ссылок. Такая система формирования изображения может также быть реализована с помощью голографической системы , системы дифракции Френеля и системы затухающих волн . Некоторые из таких систем могут стать конкурентоспособными с установленными методами визуализации и измерения нанообъектов. См. Обзор на сайте Nanowiki ( Нанотехнологии ).

См. Также [ править ]

  • Атомная оптика
  • Атомное зеркало
  • Квантовое отражение
  • Зеркало рифленое
  • Угол скольжения
  • Эффект Зенона
  • Волна материи
  • Сканирующий гелиевый ионный микроскоп (SHIM, HeIM или HIM)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Poelsema Бене (1989). Рассеяние атомов тепловой энергии на неупорядоченных поверхностях . Берлин: Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-50358-5.
  2. ^ Hulpke, Erika (1992). Рассеяние атома гелия на поверхности . Берлин: Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-54605-4.
  3. ^ Berkhout, J .; Luiten, O .; Setija, I .; Hijmans, T .; Mizusaki, T .; Валравен, Дж. (1989). «Квантовое отражение: фокусировка атомов водорода с помощью вогнутого зеркала» (PDF) . Письма с физическим обзором . 63 (16): 1689–1692. Bibcode : 1989PhRvL..63.1689B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.63.1689 . PMID 10040645 .  
  4. ^ a b Holst, B .; Эллисон, В. (1997). «Зеркало, фокусирующее атом» . Природа . 390 (6657): 244. Bibcode : 1997Natur.390..244H . DOI : 10.1038 / 36769 . S2CID 4428642 . 
  5. ^ a b Doak, R .; Grisenti, R .; Ребейн, С .; Schmahl, G .; Toennies, J .; W ll, C. (1999). «На пути к созданию атомного микроскопа де Бройля: фокусировка атома гелия с использованием пластин зоны Френеля». Письма с физическим обзором . 83 (21): 4229. Bibcode : 1999PhRvL..83.4229D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.83.4229 .
  6. ^ Балыкин, В .; Климов, В .; Летохов, В. (2005). «Атомная нанооптика». Новости оптики и фотоники . 16 (3): 44. Bibcode : 2005OptPN..16 ... 44B . DOI : 10.1364 / OPN.16.3.000044 .
  7. Перейти ↑ Shimizu, F. (2001). «Зеркальное отражение очень медленных метастабильных атомов неона от твердой поверхности». Письма с физическим обзором . 86 (6): 987–990. Bibcode : 2001PhRvL..86..987S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.86.987 . PMID 11177991 . 
  8. ^ Оберст, H .; Kasashima, S .; Балыкин, В .; Симидзу, Ф. (2003). "Сканер атомных волн материи". Physical Review . 68 (1): 013606. arXiv : Physics / 0210036 . Bibcode : 2003PhRvA..68a3606O . DOI : 10.1103 / PhysRevA.68.013606 . S2CID 54608222 . 
  9. ^ Оберст, H .; Tashiro, Y .; Shimizu, K .; Симидзу, Ф. (2005). «Квантовое отражение He ^ {*} на кремнии». Physical Review . 71 (5): 052901. Bibcode : 2005PhRvA..71e2901O . DOI : 10.1103 / PhysRevA.71.052901 .
  10. ^ Фридрих, H .; Jacoby, G .; Мейстер, CG (2002). «Квантовое отражение от потенциальных хвостов Казимира – Ван-дер-Ваальса». Physical Review . 65 (3): 032902. Bibcode : 2002PhRvA..65c2902F . DOI : 10.1103 / PhysRevA.65.032902 .
  11. ^ Симидзу, Ф .; Фудзита, JI (2002). «Гигантское квантовое отражение атомов неона от ребристой поверхности кремния». Журнал Физического общества Японии . 71 (1): 5–8. arXiv : физика / 0111115 . Bibcode : 2002JPSJ ... 71 .... 5S . DOI : 10.1143 / JPSJ.71.5 . S2CID 19013515 . 
  12. ^ Симидзу, Ф .; Фудзита, JI (2002). «Голограмма отражательного типа для атомов». Письма с физическим обзором . 88 (12): 123201. Bibcode : 2002PhRvL..88l3201S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.88.123201 . PMID 11909457 . 
  13. ^ а б Кузнецов, Д .; Оберст, Х. (2005). «Отражение волн от выступающей поверхности и эффект Зенона». Оптический обзор . 12 (5): 363–366. Bibcode : 2005OptRv..12..363K . DOI : 10.1007 / s10043-005-0363-9 . S2CID 55565166 . 
  14. ^ Кузнецов, Д .; Оберст, Х. (2005). «Рассеяние волн атомной материи от ребристых поверхностей». Physical Review . 72 (1): 013617. Bibcode : 2005PhRvA..72a3617K . DOI : 10.1103 / PhysRevA.72.013617 .
  15. ^ Оберст, H .; Кузнецов, Д .; Shimizu, K .; Fujita, JI; Симидзу, Ф. (2005). "Дифракционное зеркало Френеля для атомной волны" . Письма с физическим обзором . 94 (1): 013203. Bibcode : 2005PhRvL..94a3203O . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.94.013203 . hdl : 2241/104208 . PMID 15698079 . 
  16. ^ Кузнецов, Д .; Oberst, H .; Neumann, A .; Кузнецова, Ю .; Shimizu, K .; Биссон, JF; Ueda, K .; Брюк, SRJ (2006). «Ребристые атомные зеркала и атомный наноскоп». Журнал физики B: атомная, молекулярная и оптическая физика . 39 (7): 1605. Bibcode : 2006JPhB ... 39.1605K . CiteSeerX 10.1.1.172.7872 . DOI : 10.1088 / 0953-4075 / 39/7/005 . 
  17. ^ Атомная оптика и атомная микроскопия гелия. Кембриджский университет, «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2007-06-28 . Проверено 13 июня 2007 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )