Чтобы измерить величину и направление пико (10-12) сил, потребовалось достичь выдающихся значений точности и стабильности оборудования. Металлическая иголка микроскопа, заточенная до одного атома на острие, крепилась на плечо миниатюрного U-образного кварцевого камертона. Когда кончик иголки приближается к отдельному атому или к атомам поверхности, резонансная частота камертона немного меняется, и это изменение позволяет вычислить силу взаимодействия.
Грядущая миниатюризация электронных компонентов до масштабов нескольких атомов потребует совершенно иных методов разработки и производства. И без новых данных, для сбора которых предстоит много кропотливой работы, уже не обойтись. ГА
Интересные результаты получили физики из Калифорнийского университета в Риверсайде. Оказывается, у графена - углеродного листа толщиною в один атом - огромная теплопроводность, которая более чем в полтора раза выше, чем у углеродных нанотрубок. А это означает, что у графена теперь гораздо больше шансов найти массу новых приложений в электронике будущего.
Как известно, компьютерные чипы давно страдают от излишнего тепловыделения. Поэтому коэффициент теплопроводности, показывающий, насколько эффективно материал отводит тепло, является одним из ключевых параметров для электроники. А если в материале есть свободные электроны, как в полупроводниках и металлах, то теплопроводность оказывается тесно связана с электропроводностью или подвижностью электронов в материале. Получается, что чем лучше вещество проводит ток, тем меньше в нем выделяется джоулева тепла и тем эффективнее оно отводится. А значит, сделанные из этого вещества чипы смогут работать на более высоких частотах.
У углеродных нанотрубок теплопроводность более чем в двадцать раз выше, чем у кремния. Новые данные свидетельствуют, что у графена она выше в 33-36 раз. Эти результаты подтверждают недавние, весьма обнадеживающие оценки российских и американских ученых ("КТ" #722), говорящие об аномально высокой подвижности электронов в графене.
Любопытен и сам метод, которым удалось измерить теплопроводность такого тонкого листа. Обычные методы тут не годятся. Лист графена подвесили, натянув над протравленной в подложке канавкой. Висящий лист освещали лазером и регистрировали так называемое рамановское рассеяние света. В этом процессе энергия рассеянных фотонов изменяется на величину энергии колебаний атомов материала, которая, в свою очередь, зависит от температуры. Именно так: по рамановским спектрам, меняя мощность лазера и нагрев материала, удалось высчитать теплопроводность графена.
Плоская геометрия графена значительно облегчает его использование даже в современных чипах и позволяет применять хорошо отработанные технологии фотолитографии. Вместе с последними данными это говорит о том, что у углеродных нанотрубок в электронике появился очень серьезный конкурент. ГА
Электронный микроскоп нового поколения, способный различать отдельные атомы и измерять силу химических связей между ними, недавно изготовленный компанией Nion, был установлен и отлажен в Корнельском университете. Уникальный прибор может быстро разобраться с самыми сложными соединениями, необходимыми для производства компьютерных чипов, ячеек памяти и других компонентов современной электроники.
Микроскоп UltraSTEM100 относится к типу сканирующих просвечивающих электронных микроскопов. В таком устройстве узкий электронный пучок сканирует поверхность тонкого среза образца, и прошедшие сквозь образец электроны регистрируются детектором (наряду с рентгеновским излучением). Микроскопы этого типа и раньше могли различать атомы, но для построения размытой черно-белой картинки, в которой мог разобраться только многоопытный специалист, им обычно требовалось около часа, а порой и больше.
Новый микроскоп справляется с задачей за полминуты, получая набор изображений по 4096 пикселов, на которых атомы разных элементов показаны разными цветами. Казалось бы, невелика картинка, но, имея эти данные, ученые сразу получают массу информации о строении и свойствах исследуемого вещества.
Качественного скачка позволила добиться сложная технология фокусировки электронов, исправляющая все геометрические аберрации электронной оптики вплоть до пятого порядка. Это дало возможность сфокусировать электроны в резкое пятнышко меньше диаметра атома и получить интенсивность пучка значительно выше обычной.
Прошедший сквозь образец электронный пучок не только формирует изображение. Детекторы микроскопа регистрируют энергетический спектр электронов и рентгеновских квантов, что позволяет определить, какие атомы встречались на пути электронного пучка. Дело в том, что часть электронов в пучке, сталкиваясь с атомами, теряет некоторую долю энергии, выбивая электроны в атомах на более высокие энергетические уровни. Это дает характерный для каждого элемента спектр энергетических потерь, что и позволяет раскрасить картинку. Кроме того, химические связи между соседними атомами слегка изменяют их электронные оболочки, что дает определенные сдвиги линий в энергетическом спектре и позволяет рассчитать энергию химических связей.