Недавно работники лаборатории спектроскопии полупроводников из ИФТТ РАН «добрались» до внутренностей атома: ими было предложено применять метод по подготовке зондов из вольфрама для туннельной сканирующей микроскопии в пикометровом разрешении (1пкм=0,001нм), что позволяет получать картинку отдельных электронных орбиталей. Статья была опубликована Scientific Reports.

Разработка современных нанотехнологий была бы невозможна без применения точнейшего оборудования, которое позволяет проникать в структуру вещества и наблюдать за отдельными атомами. Некоторые из таких точных инструментов начали появляться еще в 1980-е годы: тогда был разработан туннельный сканирующий микроскоп, который позволил рассмотреть атомы у поверхности тел. В 1986 году за это изобретение работникам Исследовательского центра IBM в Швейцарии Генриху Рореру и Герду Биннигу присудили Нобелевскую премию в области физики.

После этого успехи туннельной сканирующей микроскопии были связаны с развитием и разработкой передовых методик, позволяющих еще более глубоко исследовать свойства отдельных микроструктур, а также улучшить разрешения СТМ, и отечественные ученые в этой области оказались в лидерах. Недавно работники лаборатории спектроскопии полупроводников из ИФТТ РАН «добрались» до внутренностей атома: ими было предложено применять метод по подготовке зондов из вольфрама для туннельной сканирующей микроскопии в пикометровом разрешении (1пкм=0,001нм), что позволяет получать картинку отдельных электронных орбиталей. Статья была опубликована Scientific Reports.

По сути, работу туннельного сканирующего микроскопа, который применяет эффект квантового туннелирования электронов, можно описать как «прощупывание» верхнего слоя твердых тел. Предельно тонкая игла-зонд, толщиной равная одному атому, перемещается возле поверхности объекта на расстоянии около нанометра. Такие малые расстояния между иглой и поверхностью приводят к тому, что электроны могут туннелировать, преодолевать вакуумный барьер между поверхностью и зондом, в результате чего возникает электрический ток. Величина изменения этого туннельного тока при движении зонда вдоль поверхности позволяет получить изображение ее поверхности, фактически прощупав ее.

Экспериментально достигнутое разрешение, которое ученые показали в своей работе, удалось получить на туннельном сканирующем микроскопе, созданном исключительно исследователями из России. Прототип создавали С. Л. Прядкин и его коллеги в ИФТТ РАН, а финальный вариант сверхвысоковакуумного микроскопа – GPI-300 — стал реальностью благодаря команде К. Н. Ельцова из ИОФ РАН. Работа велась еще с 1990-х годов и поддерживалась руководителем ИОФ РАН, Нобелевским лауреатом по физике 1964 года Александром Михайловичем Прохоровым.

В статье для Scientific Reports исследователи продемонстрировали возможности визуализации структуры выбранного атома. Огромная разрешающая способность микроскопа была достигнута для отдельных электронных орбиталей атома, чего ранее не получалось добиться и в туннельных сканирующих микроскопах при све