Исследователи из Техасского университета в Далласе создали крошечный вариант атомно-силового микроскопа (Atomic Force Microscope, AFM), размер чипа которого соответствует размеру монетки небольшого достоинства.
«Стандартный атомно-силовой микроскоп представляет собой большой и сложный инструмент с массой механических деталей, со сложной электроникой, с многочисленными цепями контроля и обратных связей, и с высококачественными малошумящими усилителями» — рассказывает доктор Реза Мохеимани (Dr. Reza Moheimani), — «нам же удалось все это минимизировать до максимально возможной степени и поместить все на поверхность одного маленького чипа».
Основным элементом конструкции традиционного атомно-силового микроскопа является подвижная консоль с наконечником, заточенным до атомарной толщины. Этот наконечник движется над поверхностью исследуемого образца, сканируя ее линия за линией.
Силы взаимодействия между атомами материала образца и наконечника заставляют консоль перемещаться вверх или вниз, и эти перемещения служат в качестве исходных данных для формирования изображения, разрешающая способность которого находится на уровне отдельных молекул или групп атомов.
Обычные атомно-силовые микроскопы используют два основных принципа формирования изображения. Первым является метод подержания постоянной силы взаимодействия между образцом и наконечником, а вторым — метод поддержания постоянного расстояния.
В обоих случаях сигналом, на базе которого формируется изображение, является сигнал обратной связи, служащей для поддержания или постоянной силы или постоянного расстояния.
В новом атомно-силовом микроскопе на чипе использована комбинация двух этих методов. Консоль с наконечником и основание с образцом постоянно совершают колебания друг относительно друга.
Амплитуда колебаний поддерживается таким образом, чтобы на их минимуме наконечник касался поверхности образца, а сигналом, на базе которого формируется изображение, как раз и является вышеупомянутая амплитуда.
Создание миниатюрного атомно-силового микроскопа стало возможным, благодаря развитию современных MEMS-технологий, технологий создания микроэлектромеханических систем.
Сейчас такие системы работают буквально в каждом смартфоне и планшетном компьютере, выступая в роли активных элементов микрофонов, твердотельных акселерометров и гироскопов.
Чип с MEMS-системой имеет площадь порядка одного квадратного сантиметра. Он установлен на печатной плате, размером с половину кредитной карты, на которой находятся электронные схемы управления, усилители и некоторые другие миниатюризированные компоненты микроскопа.
«Вариант традиционного атомно-силового микроскопа для учебных целей стоит сейчас порядка 30-40 тысяч долларов. Полноценный лабораторный вариант устройства имеет ценник уже в половину миллиона долларов» — рассказывает Реза Мохеимани, — «Созданное нами MEMS-устройство может изготавливаться партиями в тысячи штук по цене, не более 10 долларов за один экземпляр. А стоимость законченной системы может составить от одной до нескольких тысяч долларов в зависимости от ее возможностей».
«Мы надеемся, что проведенное нами снижение размеров устройства и уменьшение его стоимости позволят использовать его даже небольшим лабораториям с ограниченным бюджетом. А это, в свою очередь, должно стать одним из толчков, который сможет продвинуть современную науку вперед достаточно далеко вперед».
Взято с dailytechinfo.org
Атомно-силовой микроскоп сделали размером с небольшой чип: 2 комментария
Обсуждение закрыто.