Pull to refresh

Comments 66

UFO landed and left these words here
Круто, пойду изучать.
Предварительно могу сказать, что попытка создания СТМ на коленке мне кажется сомнительной, но я все равно ознакомлюсь и пришлю отзыв…
В общем, я изучил.

Честно говоря, какой-то сомнительный труд. Во-первых, непонятно для кого он. Если для обывателя, то про микроскоп вообще почти не говорят (хотя было бы логичнее сослаться на какой-нибудь простой учебник для начала. Ссылки что там есть или биты, или архисложны для понимания), а на DIY для людей в теме так это точно не тянет, так как в первую очередь примера сделанного микроскопа, а данные указанные на сайте, я думаю, делались на заводских СЗМ.

Да и ряд конструктивных решений меня смущает, например форма микроскопа и грубая позиционировка на микровинтах, которые параллельны друг другу (!). Или форма пьезоэлементов. Обычно используют один тонкотрубчатый пьезоэлемент, которым управляют в зависимости от приложения токов на накладки, наклеенные по его внешней поверхности. В общем, непонятно откуда они взяли такое воплощение микроскопа, я такого еще не видел.

За гранью добра остается еще вопрос о приборной погрешности, технике безопасности, методе крепления зонда и так далее. Тем не менее, я извлек для себя полезные сведния о домашнем создании кантилеверов и имитации антивибрационного столика, но в целом незачет.

Не волнуйтесь, все описанные проблемы успешно уже решены и микроскопы прекрасно работаю. Если сформулируете конкретные вопросы, я бы смог на них ответить в деталях.
Микроскопы, собранные руками по ссылке или их «домашние» аналоги?

Тогда, было бы неплохо начать с парочки фотографий =)
А почему обзор СТМ, а не АСМ? Да и с РЭМ тогда уж начинать все же
Атомно-силовая микроскопия (АСМ) появилась позже, как естественная эволюция СТМ. Как вы могли понять из заключения статьи, следующий пост будет про нее.

А к растровой-элетронной микроскопии (или проникающей, РЭМ и ПЭМ соответственно) у меня душа как-то не лежит ;) я о них тоже напишу, но эти технологии требуют объяснения, почему мы используем электроны вместо фотонов, что предполагает несколько более глубокое погружение в тему исследования микромира.
Да как бы чего там углубляться, если основная причина — проблема фокусировки? )
Не совсем так =)

Если вы имеете в виду инженерную сторону фокусировки — то вы сильно ошибаетесь.

Основная принципиальная проблема в развитии «бытовых» световых микроскопов — существование дифракционного предела.

Именно из-за него мы не можем увидеть объекты ниже чем определенная длина, ограниченная природой света. Так что дело не в техническом ограничении, а в приниципально физическом.
Прочитал еще раз и осознал, что написал кривовато. Объясню чуть подробнее:

Именно из-за наличия дифракционного предела (другими словами, это свойство света) мы не можем сфокусировать свет в пятнышко любого размера. Минимальный размер пятнышка света зависит от длины волны и показателя преломления среды, где происходит процесс. Если мы берем длину волны зеленого света (530 нм) и воздух (показатель преломления равен 1), то получается, что мы не можем получить пятнышко менее, чем 275 нм. Никак. Это чисто физическое ограничение и оно никак не связано с техникой.

Тем не менее, это можно обойти хитрыми путями, о чем я напишу в следующих постах, когда мы будем разбирать РЭм, ПЭМ и ближнепольную оптическую микроскопию.
Я это и имел ввиду, просто тоже неверно выразился. По долгу образования сам работал с РЭМ и АСМ как раз.
Не хотел бы расстраивать, но для световой микроскопии есть отличное решение — Ближнепольная микроскопия, реализованная на основе АСМ, например.
Не хотел бы расстраивать, но для световой микроскопии есть отличное решение — Ближнепольная микроскопия, реализованная на основе АСМ, например.

А вы молодец:
Тем не менее, это можно обойти хитрыми путями, о чем я напишу в следующих постах
По научному, не игла, а кантилевер. Кстати, его толщина на конце может достигать 10 нм. Как такой сделать? Вопрос на отдельную статью.

Поджигал воду, и там наблюдается четкая тенденция, что эффект усиливается при повышении плотности тока через электрод. Помимо увеличения напряжения, плотность можно повысить уменьшением диаметра электрода. Так что жду статью «Как в домашних условиях изготовить кантилевер».
Охохо. А вы уверены, что вам нужна именна такая острота?

К сожалению, я пока не знаю, как сделать кантилевер в домашних условиях, да и создание кантилеверов — это область где мои знания пока совсем-совсем базовые. Тем не менее, я попытаюсь вам помочь. =)

Вон в предыдущих комментариях говорят, что можно самому собрать дома СТМ, что для меня было уже открытием. Может и кантилевер более или менее адекватный можно сделать домашним методом Чохральского.
Может такая острота будет и излишней, но что-то интересное должно получиться. Задача — достигнуть предела по толщине, при которой электрод начнет разрушаться позже, чем сделает свое дело. И эта зона находится между нано- и миллитехнологией ;)
Одомашнить метод Чохральского наверное будет сложно, но все равно спасибо за помощь!
для стм не так важна острота как в асм, в теории можно проволоку под углом срезать, ток все равно пойдет по крайнему атому.
Знаете, если вдуматься, то это не очень очевидно. Я согласен, что в АСМ скругление более важно, но насколько сильно повлияет форма окончания кантилевера на СТМ не берусь сходу ответить.

Кстати, если я ничего не путаю, сейчас кантилевер бывает объединенным: для АСМ и СТМ используется одна и та же игла.
таких не видел, но есть иглы АСМ на которые можно подать напряжение
Ох, прям как дети малые…

Для СТМ кантилевер, а точнее тупо игла, потому что для кантилевера необходила балка, изготавливается очень просто. Берём вольфрамовую проволку, погружаем в раствор кислоты (даже более-менее концентрированная HCl сгодится), рвём (обычно на поверхности алмазным ножом создаётся микротрещина). От 50 до 10 нм толщина гарантирована.

Для АСМ сложнее — обычно это литографический процесс.

В СТМ острока ой как важна, острота зонда = разрешение, равно как и в АСМ.

SoulAge: путаете, кантилевер очень редко бывает совмещённым, так как изготавливается из SiO2 или Si3N4, в общем, непроводящих материалов и только затем его покрывают хромом или палтиной… Радиус кривизны, соответственно, увеличивается с 10 до 40-50 нм. Для ультра-хай резолюшн используется вискер, выращенный на острие или углеродная нанотрубка (УНТ).
можно еще ролики с НТ-МДТ вставить для наглядности
Лет 10 назад, когда я еще на 1-2 курсе учился, нас водили на экскурсию в концерн «Наноиндустрия», и там показывали СТМ «Умка». Прибор скорее образовательный, чем научный. В качестве кантилевера там использовали откушенную по диагонали кусачками канцелярскую скрепку. Объяснялся такой поход тем, что при откусывании на кончике «скуса» металл как раз вытягивается, образуя в месте разрыва очень острую иголку, чего для образовательных целей (например дорожку на компакт-диске увидеть) вполне достаточно. Вот такой вот кантилевер, как раз «в домашних условиях».
Может я не из того поколения, но что-то никак не могу себе представить откушенную проволку, которая была бы тонкой в двух измерениях, как игла, а не в одном, как крошечноелезвие.
Разумеется это влияет на ее использование в роли кантилевера.
Макроскопически — да, она скорее на лезвие походит. Но ее кусали под острым гулом, в результате на кончике лезвия образовывалось какое-то подобие иглы. Также, в последний момент разрыва проволоки она испытывает напряжение на растяжение, так что на кончике вполне могла образоваться небольшая вытянутость, дополнительно придающая её остроты (во всяком случае нам вроде что-то такое говорили). Но это был вариант именно, чтобы «детям» показывать как можно получить картинку с заранее подготовленного образца, где все особенности скорее микронного масштаба. Да и сам микроскоп вряд ли всерьез претендует на «нано» разрешение.
Всё равно круто ;D

А у нас в лаборатории над купленными кантилеверами трясутся как Кощеи. Только когда они подыхают, их отдают в руки студентам, чтобы те наизмерялись всласть.

Меня всегда поражала разница между идеальным применением и реальностью. Ладно еще, изготовленный под заказ кантилевер и скрепка+кусачки. В методе создания подложек для микросхем (кристаллы) используют сверхчистые материалы, классами частоты «от 6 девяток и выше». Класс чистоты As 7N (мышьяк, кто не знает) означает что в веществе содержится 99,99999% мышьяка, всё остальное примеси. 7 nines или 7 девяток =)

Естественно, чтобы изготовить и сохранить такую чистоту (а у нее всегда есть срок годности) — огромный гемморой. А в лаборатории упаковку открывают на воздухе руками, стараясь ее аккуратно выдавить в емкость тигеля (типа горшка для плавки). Кстати, сверхчистый алюминий дороже золота ;D
Мы сейчас работаем с металлическими лентами. И самым первым техпроцессом у нас полировка. Добиваемся шероховатости <1нм RMS с площади 40*40 микрон. Я себе тоже с трудом представляю как так вообще получается.

Но, признаться, я не особо доверяю всем этим «иголочным» микроскопам. Я как-то снимал себе картинку на вполне профессиональным NT-MDT с заводским кантилевером. Съемка идет нормально, прорисовывается поверхность в виде вполне характерных для моих образцов пупырчиков. Затем я случайно задеваю ногой стол, на котором стоит микроскоп. Микроскоп немного поколбасило, и он продолжил снимать. Рисует точно такую же картинку, но все эти пупыри стали в два раза крупнее. В принципе покажи мне только половинку «до» или только «после» удара, я бы поверил что они обе сняты без проблем и с хорошей достоверностью. Но размер частиц определенный мной различался бы вдвое. Поэтому и снимали все оп три раза, чтобы самим хотябы верить в то, что снимается. Правда тут, как и на любом другом приборе, крайне важен опыт оператора. А то и в СЭМ можно что угодно увидеть.
Эх, товарищ, что же вы антивибрационные столики ногами-то пихаете. =(

Честно говоря, не могу понять, почему все объекты увеличись в 2 раза, без искажения качества. А можете картинками поделиться? Хотя бы в личные сообщения. (p.s. а может всё нормально, просто zoom слетел?)

«Иголочные» методы еще ничего. Вы говорите, что редька горька, а я вам сейчас дам хрен попробовать ;)
Сейчас занимаюсь спектроскопической эллипсометрией . Если коротко, то этот прибор позволяет измерять толщины тонких пленок (не только на поверхности) и косвенно определять их состав. Мы светим на образец, ловим отражения света. Отраженный свет всегда поляризован. За счет изменения параметров поляризации, мы строим слоистую модель образца и пытаемся подобрать (!) толщины вручную. Естественно, компьютер помогает своими мат.методами, но суть не меняется — задача превращается в исконно творческую. Поэтому быть экспериментатором — искусство.

А геммороя добавляет непродуманный софт, который писали кто угодно, но не физики: ну как можно указывать мольную долю (концентрацию) алюминия 0.288402, когда производитель образца утверждает, что он не может заложить концентрацию точнее, чем 0.03? Все цифры после тысячного элемента не имеют смысла в принципе.
image

Программа моделирования позволяет делать всё правильно и даже получать верный результат, который при адекватной проверке не проходит тест на «физичность» (соответствие с реальностью).

В общем, гораздо проще работать с технологией, которая кажется сложной и ненадежной, но однозначной, чем иметь просто метод, но большой элемент случайности. =)
Картинок к сожалению не осталось, лет 6 назад дело было.

А эллипсометрию я, признаться, сам никогда не понимал. Хоть и пленками занимаюсь. И два раза нам семинар по ней читали. У нас в компании есть пара человек, которые иногда что-то носят на эллипсометр, но как-то не знаю я насколько много успеха это приносит.
По предварительным результатом моей работы (что является темой диплома, который я планирую получить через пару месяцев, как раз по теме эллипсометрии) могу сказать, что с эллипсометром нужно быть крайне осторожным — он может показать результат, который ты ожидаешь увидеть, но, увы, ложный.

На нем можно измерять какой-то один неизвестный параметр при заданных остальных (например, мы достаточно точно знаем толщину 3/4 слоев, а последний слой измеряем на эллипсометре). Таким образом, можно осуществлять дополнительный этап технологического экспресс-контроль на производстве. Но так пока никто не делает ;D

Если верить моему собственному анализу публикаций (преимущественно зарубежных), эллисометрию используют для изучения фазового перехода и процессов роста кристалла, и для изучения оптических и электрических свойств. Никто не меряет толщины как самоцель =(

Насколько помню, для изотропных материалов эллипсометрия работает однозначно, даёт единственно верный результат.(в пределах ошибки :) )

Измерение нескольки неизвестных слоёв в принципе однозначно решается чисельными методами, если знать оптические параметры слоёв, использовать спектроскопическую (а не монохромную) эллипсометрию и менять, например, угол падения света — грубо говоря, получается система нескольких уравнений с несколькими неизвестными параметрами (толщина плёнок).

Насколько я знаю, эллипосометрия стандартно используется для контроля толщины плёнок. Можно ещё использовать измерения (лазерной) трансмиссии, если есть известная зависимость трансмиссия-толщина. Или можно контролировать отражение от поверхности, но это уже скорее для процесса травления слоёв.
Измерение нескольки неизвестных слоёв в принципе однозначно решается чисельными методами, если знать оптические параметры слоёв, использовать спектроскопическую (а не монохромную) эллипсометрию и менять, например, угол падения света — грубо говоря, получается система нескольких уравнений с несколькими неизвестными параметрами (толщина плёнок).


Ага. Только количество решений у этой системы далеко не единственное ;)

Как же это прекрасно, когда количество неизвестных не растет или растет медленнее, чем количество уравнений.
Эта прекрасность никак не помогает решить те уравнения, что у нас уже есть. ;)
Позвольте поинтересоваться, вы специалист в этой теме или отвечаете наугад?
Если специалист — мне есть что с вами обсудить лично. Если нет — то я не могу с вами согласиться.
Зависит от определения слова «специалист». Была задача изучения физический параметров сэндвича из Х плёнок с известными толщинами, и задача решалась эллипсометрическими измерениями и чисельными методами.
Чисельными или численными? =)

Я объясню, почему я спросил: я сейчас углубленно изучаю этот метод, и даже зная реалистичную толщину пленок — очень сложно дать какой-от определенный и повторяемый результат.
Честно говоря, не понимаю, зачем над кантилеверами трястись, стандартные кантилеверы на 40-50 нм стоят пару баксов за штуку.
А с меньшим радиусом сколько стоят?

Я думаю трясутся не потому что дорого/дешево, а потом что казенное и лишние закупки — новые хлопоты.
Очевидно ли, что мы получим плавный кривой холм (зависимость высоты поднятия зонда от координаты), у которого четко видно высоту, а ширина размазана независимо от формы и толщины нанообъекта?
Таким образом, мы можем только оценить латеральный размер, но точность определения сильно ниже, чем высотные измерения.


Тут как раз матан в помощь — с использованием пост-обработки можно заметно улучшить получившуюся размазанную картинку. По сути, получается что над высотой объекта выполняется свертка. Чтобы быть в духе статьи — ссылка на викимедию: для нашего случая здесь синяя кривая — высота (форма объекта), черная — полученный результат, а красная — оператор, характеризующий замазывание иглой сигнала (зависит, от формы и электрических свойств иглы). Оператор можно найти, в том числе, и экспериментально, замерив объекты известной формы.

Зло не столько в формулах, сколько в самом подходе — меня всегда в вузовской форме подачи убивала отвязанность от реальности.
Может сегодня день такой, но что-то я туго въезжаю.

Черная линия же имеет как раз форму полого холма — максимум в центре и достаточно длинные хвосты, которые отражают не форму объекта (у нас же короткий шарик), а плавность подъема зонда и форму кривизны иголки. То есть, непонятно, где на этих хвостах измерять ширину объекта.

Можно примерно ее вычислить, взяв, например ширину на половине общей высоты и оценить погрешность. Разумеется, какие-то мат. методы в реальном времени улучшают картинку (на установке они включается по типу фильтров, но я особо не вникал).

Зло не столько в формулах, сколько в самом подходе — меня всегда в вузовской форме подачи убивала отвязанность от реальности.

В ВУЗе скорее всё слишком идеализируется. Я бы даже сказал, что в сторону усложнения. Большинством установок может и школьник управлять, если ему грамотно всё объяснить. Нам постоянно говорили про какие-то сверхсложности в научной работе и подходах, а в реальности полкафедры бухает, а эксперименты делаются даже без каких либо теоретических предсказаний перед началом исследований (к счастью, не у нас в лаборатории).
Черная линия же имеет как раз форму полого холма — максимум в центре и достаточно длинные хвосты, которые отражают не форму объекта (у нас же короткий шарик), а плавность подъема зонда и форму кривизны иголки. То есть, непонятно, где на этих хвостах измерять ширину объекта.


Так дело в том, что зная две функции, можно получить третью: зная черную (измерения) и красную (параметр измеряющего устройства) можно найти синюю (истинную форму).

Есть, конечно, подводные камни — задача именно в этой постановке сильно неустойчива, поэтому точность измерения обеих известных функций сильно влияет на результат.

В ВУЗе скорее всё слишком идеализируется. Я бы даже сказал, что в сторону усложнения. Большинством установок может и школьник управлять, если ему грамотно всё объяснить. Нам постоянно говорили про какие-то сверхсложности в научной работе и подходах, а в реальности полкафедры бухает, а эксперименты делаются даже без каких либо теоретических предсказаний перед началом исследований (к счастью, не у нас в лаборатории).


Когда ради диплома учится один студент, или бухает один научный сотрудник (или просто «солдат спит — служба идет») — это его вина и его проблема, а когда это носит массовый характер — это уже системная проблема. И что уж говорить, что она есть, и начинается с того, как и чему «обучают».
Когда ради диплома учится один студент, или бухает один научный сотрудник (или просто «солдат спит — служба идет») — это его вина и его проблема, а когда это носит массовый характер — это уже системная проблема. И что уж говорить, что она есть, и начинается с того, как и чему «обучают».


Так речь и о системной проблеме. Как должно быть в идеале, по моему мнению:
Человек учится первые 2 курса, получая фундаментальную базу и нарабатывая навык системного мышления. И прекрасно понимает, зачем ему это.
Потом идет работать по специальности под руководством опытного наставника, хотя бы несколько месяцев, чтобы увидеть всё в живую и определить свои слабые стороны (например, понять, что ему очень не хватает ТФКП для своей работы).

И с пониманием процесса идет доучивать сложные курсы, опять же, зная зачем это надо.

А сейчас, мы имеем очень студентов-универсалов, у кого много-много фундаментальных знаний в во всех областях, но нет ни конкретного навыка, ни понимания. Современная практика (у студентов 3его курса) не дает пороха понюхать, если можно так выразиться.
меня всегда в вузовской форме подачи убивала отвязанность от реальности.

А не в том ли, простите, суть обучения в вузе, чтобы сформировать у человека умение мыслить абстрактно и самостоятельно, (upd) а затем применять это умение для развития существующей реальности(/upd)? За уже созданной реальностью и работой на станках должны идти в заведения, ранее называвшиеся ПТУ. Правда, люди предпочитают идти за дипломами, а не знаниями…
Я, видимо, сам очень обобщенно выразился.

Проблема как раз в том, что обучения применения знаний на практике почти не происходит, особенно в начале. По сути, все строится так, что на старших курсах тебе объясняют зачем ты учил все это на младших. Вместо «получаешь новое знание» => «идешь изучать что-то новое, чтобы разобраться глубже», тебя сначала учат абстракциям, а потом говорят «а с помощью этих абстракций можно сделать вот это», оказывается.

Это чисто психологически неверно — при таком подходе студенты не видят цели. Не видят как им по жизни может пригодится все это, как это привязано к реальности, что они могут сделать при помощи этих знаний, никак не затрагивается созидательное начало. И что закономерно, видят только диплом в конце. И это хорошо, потому что это хотя бы самостоятельность, может, ответственность за себя и свое будущее, а вот «учу, потому что сказали», а зачем это надо потом расскажут, а может быть и нет — это приучение к бездумию.
Честно говоря, я тоже тут чуток страдаю каким-то уклонизмом, сам будучи по образованию и роду занятий физиком-теоретиком. Даже после долгих размышлений сказать, какое прикладное значение есть у моих нынешних работ, нередко затрудняюсь. Да, есть ориентированные на промышленность и экологию исследования, но это чистое CFD, но чтобы постоянно заниматься только им, как раз не обязательно было изучать кучу спецкурсов по квантам, термодинамике, нелинейной физике и гидродинамике в их весьма абстрактных формах.

В инженерном образовании, в IT-сфере (в наиболее массовой её области, достаточно удалённой от проблем фундаментальной математики и информатики) привязка к реальности как раз наиболее важна, но обучение не должно быть ориентировано строго на реальность.

Своим комментарием хотел подчеркнуть, что вузовское образование должно творить специалистов, способных не только использовать существующие технологии, но и при необходимости производить новые — на уровне теории или практики.
А что за «пупырышки» на самой последней фотографии, где вид сверху, там на плоскости, которая ближе?

P.S. Извините за термин, но я совсем не в теме.
image

Слева мы имеем фотографию структуры, а справа пирамидку, снятую с помощью зондовой микроскопии. Размеры объекта по сравнению с кончиком зонда — огромны (порядка нескольких микрометров против 10 нанометров. Это практически отношение размеров пирамиды Хеопса и человека). Поэтому мы можем получить такое детальное разрешение объекта — видим все неровности и… банальную грязь, которую вы неуважительно приняли за пупырышки. :D

Кстати говоря, если мы изучаем образец с помощью оптических методов, силы излучения (интенсивности «света») достаточно, чтобы испепелить такие мелкие органические частички (что мы наблюдаем в реальном времени).
Когда я впервые это увидел, на меня это произвело сильное впечатление и я себя почувствовал на Звезде Смерти. =)
Хотел спросить почему
В наномасштабах понятие цвета просто исчезает.

Понял что размер объекта соизмерим с длинной волны и почему исчезает понятие цвета. Но что тогда? Какую-то длину волны оно отражает? Почему именно ч\б тона (судя по фотографии с оптических методов)?
… Если зонд проходит над ямой — видим ослабление тока. Если под зондом горка — усиление. Так происходит из-за изменения расстояния между иглой и образцом. На основе данных строим картинки (контраст зависит от величины тока в конкретной точке. Чем светлее — тем выше значения, так как зонд был ближе к поверхности)...


Картинка что мы наблюдаем после зондирования поверхности — это просто визуализированный двумерный массив (с координатами по x и y), где каждая точка имеет собственный «вес» — высоту поверхности, которая наглядно демонстрируется изменением контраста. Кстати, контраст можно настроить в любых тонах, вот вам например в желтых ;)



То есть, на картинках нет никакого света и отражений.
Не могли вы бы поточнее сформулировать свой вопрос, так как
Хотел спросить почему [дальше идет вопрос про цвет]
и
понял что размер объекта соизмерим с длинной волны и почему исчезает понятие цвета.
меня немного сбивает с мысли.
Про двумерный массив, который получается в результате зондирования, и то, что мы можем его окрасить как хотим — это понятно. Я могу так же, например, сделать карту родного города(расстояние от спутника до верхушки зданий). Визуализировать это массив легко и все очертания будут угадываться(соответственно без цвета в данном способе отображения)

Вопрос у меня не про зондирование, а про природу света и цвета на наноуровне. Ведь там же тоже есть какая-то отраженная ЭМ волна, со своей длиной(и, следовательно, цветом). Какова она? Не может же там волн не быть)
там нет цвета, цвет это электромагнитное излучение определенной длинны между 420нм и 620нм (может чуть шире). А СЗМ вообще не про это(не считая БОМ)
Вы прямо вынуждаете меня как можно быстрее написать статью об этом.

На самом деле, при честном описании — всё не так прозрачно для объяснения.
Я писал комментарий о природе света. Мы можем посвятить пятнышком ограниченного размера на нанообъект, и не увидим его. Почему не увидим и как это объяснить простыми словами — я немного затруднясь и могу быть неправ в своих дальнейших словах. Поправьте, если кто в теме.

Моя интерпретация такова: пятно сфокусированного света (для простоты берем одну длину волны, например зеленый свет 530 нм) однородно по площади. Если мы светим на какой-нибудь массив точек (размер которых не превышает 10 нм), то мы их не увидим, так как не фиксируем разницу между местом, где точка есть, и где ее нет. То есть, отражение должно быть строго однородным (просто зеленый свет). И повысить разрешение = сфокусироваться на более мелкие объекты (= уменьшить пятнышко света) невозможно чисто физически из-за дифракционной природы света.

Прямая аналогия — это как смотреть на фотографию в низком качестве, где видны размытые пиксели (размер пикселя = пятнышко света) и пытаться сфокусироваться на высокое качество. Даже если мы берем суперкачественную отпечатанную фотографию и будем смотреть ее под микроскопом, рано или поздо мы увидим зернистость. Нанотехнологии, как мы видим, лежат
за пределами физических возможностей фокусировки света.
Но это давно обошли и я потом расскажу как

Откровенно говоря, вместо однородного пятна, мы будем наблюдать термодинамические помехи, или как любят выражаться ученые, флуктуации отраженных фотонов (здесь рекомендуется представить телевизор с чернобелыми помехами).

То есть, в наномире нет света, а значит и нет цвета.

Вернее, свет то падает на нанообъекты, но не «видит» их.

Как аналогия: это как глазами смотреть на Луну — я вижу большие горы и кратеры, но никогда не смогу увидеть мелкие ямы и трещины, которые живут своей жизнью. Их просто невозможно увидеть. И нет ни одного оптического прибора, который смог бы помочь мне усилить мое человеческое зрение.

То есть, в наномире нет света, а значит и нет цвета.

<irony>Это вы загнули. Цвет, конечно, есть и в наномире. Недаром же квантовая хромодинамика существует.</irony>

Вообще понятие цвета очень неприятно, т. к. это субъективная характеристика. По сути, у человека есть четыре канала с различными окнами для разных длин волн.
кривые восприятия человеческого глаза

Из статьи в википедии. Масштаб по длинам волн логарифмический.

И цвет определяется, как суммарный сигнал по трем типам колбочек. Именно по этому ЭЛТ достаточно света трех длин волн (RGB-цветов) для передачи большого диапазона воспринимаемых цветов. Грубо говоря, человек будет ощущать 535 нм, как зеленый, т. к. он дал большее значение в зеленом канале и меньшее в красном, чем 565 нм (для которого, в соответствии с картинкой с вики всё ровно наоборот).

В макромире цвет объекта определяется тем, какие длины волн этот объект отражает (для излучающих объектов, очевидно, наоборот). Причем, часть может отражаться только диффузно с хитрой диаграммой направленности (например, некоторые черные ткани отражают зеленый только диффузно, поэтому ткань выглядит черной, но под некоторыми углами даёт зеленые блики). Всё это хорошо, пока мы работаем со сплошной средой (и используем, соответственно, уравнения Максвелла для света).

Если рассматривать отражающие способности макрообъектов на микроуровне, то они связаны с тем, что в «сплошной среде» происходит расщепление разрешенных уровней энергии электронов (кому интересно — гуглить принцип Паули и энергетические зоны). Это даёт буфер, позволяющий поглощать в достаточно значительных полосах длин волн и переизлучать в том числе в обратном направлении (естественно, с отдачей и фотоэффектом). Тонкий же материал (тем более его газообразная форма) будет проницаем для большей части спектра, исключая линии или полосы поглощения, определяемого тем, какие переходы между уровнями энергии электрона доступны в молекуле или атоме (основной момент, приведший к модели атома Бора и положивший начало квантам).

Когда мы переходим к микромиру (с объектами порядка микрона и менее), то нормального отражения уже и нет, т. к. упираемся в дифракционный предел. Остаются только гадкие квантовые эффекты.
Я немного промазал с кнопками — мой комментарий в новой ветке. Прошу прощения за неудобства.
Это вы загнули. Цвет, конечно, есть и в наномире. Недаром же квантовая хромодинамика существует.


Хи, жгете, товарищ ;D (Для тех кто не в теме, оптический цвет, который мы обсуждаем — это длины волн. А в квантовой хромодинамике — совершенно другой параметр, просто название совпало).

Вообще понятие цвета очень неприятно, т. к. это субъективная характеристика. По сути, у человека есть четыре канала с различными окнами для разных длин волн.
кривые восприятия человеческого глаза

Это правда. Только вот в вики всё немного мутно написано, а я честно всматривался в картинку, которую вы прислали — ничего не понял.

Предлагаю свою —

По вертикали — отношение в безразмерных единицах, по горизонтали — длина волны, что мы видим.
Вопрос, почему максимум на зеленом (порядка 534 нм) уровне?
Ответ прост: весь сухопутный мир преимущественно окрашен в зеленые цвета, в которых древнему человеку приходилось каждый день ориентироваться. Максимальное восприятие зеленого цвета — это просто результат эволюции человеческого зрения в условиях природы.


Вопрос на дом, почему вся растительность окрашена в зеленые цвета? (ответ про хлорофилл неверный ;D )

Тем не менее, суть темы, которую мы обсуждаем (свет и цвет в наномире) не в субъективном восприятии света/цвета. Мы по определению не получаем в отраженной световой волне информацию о наномасштабе.

И цвет определяется, как суммарный сигнал по трем типам колбочек. Именно по этому ЭЛТ достаточно света трех длин волн (RGB-цветов) для передачи большого диапазона воспринимаемых цветов. Грубо говоря, человек будет ощущать 535 нм, как зеленый, т. к. он дал большее значение в зеленом канале и меньшее в красном, чем 565 нм (для которого, в соответствии с картинкой с вики всё ровно наоборот).

А в вики утверждается, что этого никто не доказал и это теория. Я думаю, человеку достаточно трех цветов, так как все остальные получаются банальным сложением этих трех.

В макромире цвет объекта определяется тем, какие длины волн этот объект отражает (для излучающих объектов, очевидно, наоборот). Причем, часть может отражаться только диффузно с хитрой диаграммой направленности (например, некоторые черные ткани отражают зеленый только диффузно, поэтому ткань выглядит черной, но под некоторыми углами даёт зеленые блики). Всё это хорошо, пока мы работаем со сплошной средой (и используем, соответственно, уравнения Максвелла для света).


Кстати, для тех кто не учил физику, вообще не очевидно, что для излучающего тела его цвет формируется излучением, что он поглотил. С остальным согласен.

Дальше как-то всё сложно написано, но я попробую разобраться:

Если рассматривать отражающие способности макрообъектов на микроуровне, то они связаны с тем, что в «сплошной среде» происходит расщепление разрешенных уровней энергии электронов (кому интересно — гуглить принцип Паули и энергетические зоны). Это даёт буфер, позволяющий поглощать в достаточно значительных полосах длин волн и переизлучать в том числе в обратном направлении (естественно, с отдачей и фотоэффектом).

Согласен, именно ширина запрещенной зоны (долго объяснять, тем кто не в курсе) в материале определяет основной спектр поглощения (или излучения).
Тонкий же материал (тем более его газообразная форма) будет проницаем для большей части спектра, исключая линии или полосы поглощения, определяемого тем, какие переходы между уровнями энергии электрона доступны в молекуле или атоме (основной момент, приведший к модели атома Бора и положивший начало квантам).

Тут, я честно говоря, не очень уверенно стою на почве своих знаний. Что вы ввиду под «тонким» материалом? Маленькая толщина пленки? Или наличие энергетического вырождения?

А еще я никак не могу связать ваши утверждения с принципиальной физической невозможностью сфокусироваться на нанообъекте.
То есть, у нас большая макроподставка, на которой лежат нанозерна. Как их увидеть? Никак.
Разумеется, если мы говорим о гетероструктурах, тонких пленках и о других сложных случаях — там всегда есть свои нюансы, что вы описали. Но как это объясняет суть природы дифракционного передела?

Хи, жгете, товарищ ;D (Для тех кто не в теме, оптический цвет, который мы обсуждаем — это длины волн. А в квантовой хромодинамике — совершенно другой параметр, просто название совпало).
Потому тэг irony и был =)

Тем не менее, суть темы, которую мы обсуждаем (свет и цвет в наномире) не в субъективном восприятии света/цвета. Мы по определению не получаем в отраженной световой волне информацию о наномасштабе.
Точнее сказать, классического отражения волны нет. Могут быть только квантовые эффекты. Об этом я и написал. Введение про цвет в макромире было для тех читателей, кто не вдавался в подробности понятия «цвет».

В макромире цвет объекта определяется тем, какие длины волн этот объект отражает (для излучающих объектов, очевидно, наоборот).
… для излучающего тела его цвет формируется излучением, что он поглотил.
Необязательно. Накачка может быть любая (например, тлеющий разряд, кинетическая энергия молекул для нагретого тела).
Я имел ввиду то, что цвет неизлучающего в видимом свете материала определяется спектром поглощения, а цвет излучающего — спектром излучения (той его частью, что лежит в видимом свете).

Согласен, именно ширина запрещенной зоны (долго объяснять, тем кто не в курсе) в материале определяет основной спектр поглощения (или излучения).
Точнее будет сказать, что структура энергетических зон, определяет спектр поглощения/излучения. Т. к. ширина разрешенных зон тоже на него влияет. Переходы между разрешенными зонами определяют длины волн излучения/поглощения. Чем шире зоны, тем шире полосы в спектре.
Ширина запрещенной зоны определяет красную границу (квант с меньшей энергией материал поглотить не может).

Что вы ввиду под «тонким» материалом? Маленькая толщина пленки? Или наличие энергетического вырождения?
Уменьшение расщепления уровней энергии. Чем меньше молекул — тем меньше уровни расслаиваются. В кристаллах оно наиболее выражено, менее в жидкостях (по крайней мере, в пределах тех моделей, с которыми я сталкивался, предполагается локальность). В газе взаимодействие уровней минимально, что приводит к тому, что спектр излучения/поглощения определяется структурой уровней отдельной молекулы.

А еще я никак не могу связать ваши утверждения с принципиальной физической невозможностью сфокусироваться на нанообъекте.
То есть, у нас большая макроподставка, на которой лежат нанозерна. Как их увидеть? Никак.
Разумеется, если мы говорим о гетероструктурах, тонких пленках и о других сложных случаях — там всегда есть свои нюансы, что вы описали. Но как это объясняет суть природы дифракционного передела?
Какой может быть разговор о фокусировке, когда мы говорим о объектах с размерами меньше lambda? Я предполагаю, что читатель уже знаком с понятием дифракционного предела, т. к. это есть в школьной физике.

Мой комментарий был направлен на то, что в некоторых случаях нанообъекты могут косвенно анализироваться с помощью видимого света засчёт квантовых эффектов, т. е. нанообъекты (вплоть до атомов) могут взаимодействовать с квантами света. Но ни о каком классическом (волновом) отражении там речи не идёт.
Очень ценные комментарии, спасибо. Видимо, я уже стал потихоньку забывать детали.

Я предполагаю, что читатель уже знаком с понятием дифракционного предела, т. к. это есть в школьной физике.

Эх, забудьте вы про это ) Прогнозирую, что если сейчас спросить студентов-физиков, то про него вспомнит не более 15% =)

Мой комментарий был направлен на то, что в некоторых случаях нанообъекты могут косвенно анализироваться с помощью видимого света засчёт квантовых эффектов, т. е. нанообъекты (вплоть до атомов) могут взаимодействовать с квантами света.

Кстати, это очень интересно! Можете раскрыть поподробнее, например поделиться ссылками. Хочется прочитать про развитие мысли.

Но ни о каком классическом (волновом) отражении там речи не идёт.

Да, наши цели совпали, я как раз это и пытаюсь объяснить.
Не хочу занудствовать, но:
0. СТМ или более обще СЗМ — косвенные методики измерения, так как они сначала калибруются на тестовых решётках, произведённых травлением и контроль качества которых осуществляется а) спектрометрическими методами, б) электронной микроскопией.
1. приведённые картинки скорее не для СТМ (тунельная), а АСМ (атомно-силовая) микроскопия… да и зонды от неё, а не от СТМ. Обычно в СТМ используется вольфрамовая игла и она выглядит просто как игла, балка нужна только в случае АСМ.
2. «удержания зонда составляет 0.001 нанометра!» — это скорее по оси Z, чем по X и Y…
3. «нет прямых воздействий на образец (не повреждаем поверхность, другие методы не так лояльны)» — а если в контактно моде?!
4. Про нанообъект в сравнении с кантилевером — неудачное сравнение, ибо иглоки под СТМ точатся для того, чтобы получить в идеале несколько атомов на острие и этими, предположим, 5 атомами сканировать, но они не дадут «атомного» разрешения из-за интерференции сигнала с 5 этих самых атомов. Если интересно, то могу в закромах Родины поискать картинку для иллюстрации.
5. Понятие цвета. Да существует оно в наномире — возьмите флуоресцентную краску, посветите на неё УФ-ом и будет вам цвет, другое дело, что мы измеряем не цветность, а другую характеристику — ток, отклонение кантилевера и т.д.
Да нет же, очень ценные комментарии.
0. СТМ или более обще СЗМ — косвенные методики измерения, так как они сначала калибруются на тестовых решётках, произведённых травлением и контроль качества которых осуществляется а) спектрометрическими методами, б) электронной микроскопией.

Как и любой другой прибор, всё калибруется, разве нет?
1. приведённые картинки скорее не для СТМ (тунельная), а АСМ (атомно-силовая) микроскопия… да и зонды от неё, а не от СТМ. Обычно в СТМ используется вольфрамовая игла и она выглядит просто как игла, балка нужна только в случае АСМ.

Вы правы, каюсь. =) Но мне главное было объяснить принцип.
2. «удержания зонда составляет 0.001 нанометра!» — это скорее по оси Z, чем по X и Y…

Хм, а по X и Y сколько? И почему по X и Y нельзя сделать такую же точность удержания? Я конечно предполагаю, но ответ специалиста был бы предпочтительнее.
3. «нет прямых воздействий на образец (не повреждаем поверхность, другие методы не так лояльны)» — а если в контактно моде?!

А СТМ используют в контактном режиме? ;) В следующей статье хочу написать про АСМ и его режимы работы.
4. Про нанообъект в сравнении с кантилевером — неудачное сравнение, ибо иглоки под СТМ точатся для того, чтобы получить в идеале несколько атомов на острие и этими, предположим, 5 атомами сканировать, но они не дадут «атомного» разрешения из-за интерференции сигнала с 5 этих самых атомов. Если интересно, то могу в закромах Родины поискать картинку для иллюстрации.

Да, поищите, пожалуйста, картинку. А сравнение я привел для объяснения проблемы измерения латеральных размеров. Хотя, она скорее для АСМ больше подходит. Главное суть передать.
5. Понятие цвета. Да существует оно в наномире — возьмите флуоресцентную краску, посветите на неё УФ-ом и будет вам цвет, другое дело, что мы измеряем не цветность, а другую характеристику — ток, отклонение кантилевера и т.д.

А можно поподробнее про цветность в наномире? Как-то я не уловил идею.
Как
нет прямых воздействий на образец (не повреждаем поверхность, другие методы не так лояльны).

сочетается с:
измеряет только проводящие образцы (поэтому часто всякую органику напыляют золотом, чтобы «увидеть»).

А в чем проблема?
Непроводящие образцы с помощью СТМ нельзя посмотреть, так как просто не замкнется цепь и не будет тока.
А если очень хочется посмотреть какую-нибудь органику — на нее напыляют тонкий слой золота, который сохраняет структуру образца и при этом замыкает.эл. цепь.
Это все понятно, просто в первом Вашем утверждении говорится о неразрушающей пробоподготовке как преимуществе метода, а второе утверждение говорит о том, что для органики пробоподготовка очень даже разрушающая. Противоречие-с.
Что вы, государь, бог с вами!

СТМ работает только с проводящими материалами. Органика не проводит, поэтому мы можем считерить, напылив на нее металл ;)
Разумеется, зонд никак не повредит металлическую бабочку, но я не говорил что процесс металлизации «бесплатен» для образца ;)
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.