تجهیزات نانو شرایط ساختمان مواد و رخ دادن پدیده‌های در مقیاس نانو را نشان می‌دهند و بنابراین می‌توانیم با آنها مشخصات یک ماده را تعیین کنیم.

به گزارش مرکز ارتباطات و اطلاع‌رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، دنیای نانو، فضای دور از دسترسی است که وارد شدن به آن و کار کردن درون آن نیازمند ابزارهای خاصی است.  نخستین نیاز برای پژوهش در علوم و فناوری نانو تعیین مشخصات مواد و سامانه‌های نانومقیاسی است که تولید می‌کنیم. برای این کار نیازمند تجهیزات دقیقی هستیم که بتوانند مقیاس نانو را ببینند. تجهیزات نانو شرایط ساختمان مواد و رخ دادن پدیده‌های در مقیاس نانو را نشان می‌دهند و بنابراین می‌توانیم با آنها مشخصات یک ماده را تعیین کنیم.

میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی

نخستین  و یکی از مهم‌ترین تجهیزات نانو، میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی )STM )است. این میکروسکوپ بر اساس روش پیمایشی- روبشی عمل می‌کند. این روش از معروف‌ترین روش‌های اندازه‌گیری و مشخصه یابی است. اساس کار آن، حرکت یک پیمایشگر است.

پیمایشگر، قطعه‌ای بسیار کوچک است که بر روی سطح حرکت می‌کند یا به اصطلاح سطح را می‌پیماید. این قطعه تحت تأثیر برهمکنش‌های مختلف ) مانند نیروهای الکتریکی و مغناطیسی(روی سطح نمونه حرکت می‌کند. پیمایشگر، مانند دستان نابینایی که از روی خط به ریل می‌خواند، خط به خط نمونه را از نزدیک روبش می‌کند.

در پایان، رایانه متصل به دستگاه، بسته به اندازه‌ی برهمکنش‌ها، تصویر سه بعدی سطح نمونه را تهیه می‌کند. میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی می‌تواند سطح اجسام رسانا را اتم به اتم ببیند. زمانی که نوک سوزن در فاصله 1 نانومتری سطح رسانای جسم قرار می‌گیرد، براثر یک پدیده‌ی کوانتومی، جریانی از الکترون‌ها بین نوک سوزن و سطح رسانا برقرار می‌شود.

به این پدیده «تونل زدن» گفته می‌شود. هر چه نوک سوزن به سطح نزدیک‌تر باشد، جریان قوی‌تری برقرار می‌شود. بنابراین با حرکت سوزن بر روی پستی‌وبلندی‌های سطح و ثبت شدت جریان‌ها توسط رایانه، می‌توان تصویری سه بعدی از جسم تهیه کرد.

میکروسکوپ نیروی اتمی 

میکروسکوپ نیروی اتمی )AFM ،) ابزار معروف دیگری است که ناصافی‌های سطح نمونه را نشان داده و عمق آنها را اندازه‌گیری می‌کند . برای این کار، AFMها از نیروی جاذبه و دافعه بین نوک پیمایشگر و اتم‌های سطح استفاده می‌کنند. جنس پیمایشگر معمولا از جنس سیلیسیوم و نوک‌تیز آن از یک تک اتم (معموال اتم الماس  (تشکیل شده است.

انتهای پیمایشگر به قسمتی متصل است که به جابجایی عرض پیمایشگر در اثر حرکت بر روی پستی‌وبلندی‌های سطح، بسیار حساس است و این تغییر فاصلهها را ثبت می‌کند. حرکت پیمایشگر و نوک آن و دادههای ثبت شده در رایانه به صورت تصاویر ویدئویی به نمایش گذاشته می‌شوند.

در این میکروسکوپ‌ها برای پیمودن )جارو کردن(سطح از دو روش کلی تماسی و غیرتماسی استفاده می‌شود. در روش تماسی که برای بیشتر سطوح کاربرد دارد، نوک پیمایشگر در فاصله‌ای بسیارکم از سطح قرار می‌گیرد و سعی می‌شود که نیروی اتمی میان آن و سطح نمونه ثابت نگه داشته شود. 

ازاین‌رو، به محض اینکه پیمایشگر به پستی یا بلندی روی سطح برخورد کند، جابه‌جا می‌شود. زیرا نیرویی که بین سطح و نوک پیمایشگر وجود دارد با نزدیک شدن این دو به هم زیاد شده و با دور شدنشان از هم، کم می‌شود. این جابه‌جایی امکان مشاهده‌ی غیرمستقیم آرایش اتم‌ها را توسط رایانه امکان‌پذیر می‌سازد.

درروش غیرتماسی، ابتدا پیمایشگر را با نوسانی دقیق به حرکت درمی‌آورند و سپس آن را روی سطح هدایت می‌کنند. پیمایشگر خاصیت ارتجاعی و فنری دارد و به‌راحتی در عرض بالا و پایین می‌شود. در این حالت نیرویی که بین سطح و نوک انبرک وجود دارد، در نوسان پیمایشگر تاثیرگذار است و به این وسیله آرایش اتمی سطح مشخص می‌شود.

پایان پیام/29