18 июня 2024 года 12 учащихся 9 классов в сопровождении заместителя директора по учебно-воспитательной работе Гаупт Анны Васильевны, учителя физики и информатики Бурды Валентина Васильевича и педагога-организатора Кононовой Ирины Евгеньевны посетили Центр сканирующей микроскопии (https://etu.ru/ru/fakultety/fakultet-elektroniki/novosti/v-leti-otkrylsya-centr-skaniruyushhej-mikroskopii-nanomaterialov-dlya-novyh-tipov-elektroniki) на кафедре микро- и наноэлектроники (МНЭ) Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» (СПбГЭТУ «ЛЭТИ») имени В.И. Ульянова (Ленина) (https://etu.ru/ru/fakultety/fakultet-elektroniki/sostav-fakulteta/kafedra-mikroelektroniki/).
Центр сканирующей микроскопии оснащен самым передовым оборудованием всемирно известной группы компаний НТ-МДТ (NT-MDT (Molecular Devices and Tools for Nanotechnology), группа компаний, специализирующаяся в разработке и производстве научного оборудования для нанотехнологических исследований, в частности сканирующих зондовых микроскопов, руководитель выпускник кафедры микроэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кандидат физико-математических наук Козодаев Д.А.).
Нужно отметить, что НТ-МДТ поставляет не только нанолаборатории, но и нанофабрики (платформы нанотехнологических комплексов, предназначенные для разработки, исследования и мелкосерийного производства элементов наноэлектроники, микро- и наномеханики). Они дороги и их немного (в Таганроге и Курчатовском центре) но они уже есть. Востребованы и разработчики микро- и наносистемной, современной микроэлектроники, приборов наноэлектроники, а также новых технологических процессов в этих направлениях. Нанофабы реализованы в кластерных, многомодульных вариантах, легко перестраиваемых под нужды различных технологических процессов. На таких станциях возможно как моделирование требуемых элементов, так и аналитические исследования (например, Нанофаб-100 в Наноцентре ЮФУ в Таганроге https://www.nanonewsnet.ru/news/2008/nanofab-100-v-nanotsentre-yufu-v-taganroge).
Вячеслав Алексеевич Мошников, профессор кафедры МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ», доктор физико-математических наук, специалист в области локальных методов диагностики твердого тела, физики и технологии полупроводников и полупроводниковой сенсорики, почетный работник высшего профессионального образования РФ, руководитель магистерской программы «Нано- и микросистемная техника» (https://abit.etu.ru/ru/postupayushhim/magistratura/napravleniya-podgotovki/nanotehnologii-i-mikrosistemnaya-tehnika/nano-i-mikrosistemnaya-tehnika), рассказал школьникам о Центре сканирующей микроскопии, в которой проводятся исследования наноматериалов для электроники при помощи передового высокоточного измерительного оборудования – атомно-силовых микроскопов (АСМ) с различной комплектацией и функциональными возможностями.
Вячеслав Алексеевич объяснил нашим учащимся, что атомно-силовой микроскоп – это сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения, способный определять рельеф поверхности с разрешением от нанометра и выше. Наноме́тр (нм) – это дольная единица измерения длины в Международной системе единиц (СИ), равная одной миллиардной части метра. Например, на срезе человеческого волоса, размер которого составляет порядка 0,1 мм= 100 мкм, может поместиться более 3 000 транзисторов, на которых работают мобильные телефоны.
АСМ относится к группе высокоразрешающих измерительных методов исследования микроструктуры и топографических особенностей материалов, известной под общим названием сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ). В 1981 г. швейцарские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер разработали основные принципы сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), за что оба впоследствии (в 1986 г.) были удостоены Нобелевской премии по физике. СТМ основана на применении туннельного эффекта и заключается в измерении значения туннельного тока, которое экспоненциально зависит от расстояния зонд–образец. Метод СТМ позволяет строить изображения поверхности с латеральным разрешением в несколько ангстрем. В 1982 г. тот же Герд Бинниг совместно с Кельвином Куэйтом и Кристофером Гербером предложили новую модификацию туннельного микроскопа, основанного на измерении сил межатомного взаимодействия и получившего название атомно-силовой микроскоп. АСМ, будучи дальнейшим развитием техники СТМ, предоставляет широкие возможности для получения изображений поверхности различных объектов с атомным разрешением в жидкой и воздушной средах, а также в условиях высокого вакуума. В настоящее время к основным областям применения АСМ относятся физические науки, биология и промышленность.
Антон Алексеевич Бобков, доцент, кандидат технических наук, директор Центра сканирующей микроскопии, объяснил ребятам общие принципы работы сканирующих зондовых микроскопов, которые позволяют исследовать не только рельеф, но и различные электрофизические, оптические, механические и другие свойства наноматериалов, оценивать их распределение в наномасштабе, а также создать новые сенсоры, устройства наноэлектроники, солнечные элементы и др.
Нужно отметить, что сам Антон Алексеевич умеет управлять получением нанокристаллов (гексаподов, размер которых составляет несколько микрометров) для пьезоактюаторов до «перколяционных ежиков» суперчувствительных газовых сенсоров. Он показал, что можно управлять не только формой отдельных нанокристаллов, но и процессами самоорганизации нанокристаллов в наномире (https://etu.ru/assets/files/nauka/dissertacii/2019/bobkov/avtoreferat_bobkov.pdf).
Вячеслав Алексеевич познакомил ребят с Спивак Юлией Михайловной, доктором технических наук, которая проводила диагностику пористых наноматериалов для маркеров и целевой доставки лекарств (совместные исследования с Национальным медицинским исследовательским центром имени В.А. Алмазова)
Также наши учащиеся познакомились с Новиковым Иваном, выпускником магистратуры кафедры МНЭ 2024 года, сотрудника Центра сканирующей микроскопии, под руководством которого проходят курсы повышения квалификации и обучение в Центре сканирующей микроскопии, а также мастер-классы во время школы-конференции с международным участием по оптоэлектронике, фотонике и наноструктурам Saint Petersburg OPEN и др.
Ребята узнали много нового о том:
- что методом локального анодного окисления на срезе человеческого волоса, средний диаметр которого 100 мкм, можно разместить более 1500 портретов Лауреата Нобелевской премии академика Алферова Жореса Ивановича.
- что с помощью методов сканирующей зондовой микроскопии можно собирать из отдельных атомов конструкции (Дональд Эйглер и Эрхард Швейцер из исследовательского центра IBM с помощью сканирующего туннельного микроскопа создали знаменитую надпись «IBM» из 35 атомов ксенона (расстояние атомов 1,3 нм) на подложке из охлажденного (до 4 К) кристалла никеля);
- что в Центре сканирующей микроскопии умеют управлять ростом нанокристаллов на наноуровне (пример «Каменных цветов» с обложки журнала «LAMPA», выращенные в лаборатории профессора Мошникова В.А. (в правом нижнем углу бар 1 мкм, это в 100 раз меньше толщины человеческого волоса));
- что коллоидные квантовые точки (ККТ) меняют свой цвет при изменении размеров, они используются для маркеров, а современные методы просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения позволяют видеть атомы (точнее электронную плотность) не только в точке, но и в лигандах (полимерных оболочках), которые окружают ККТ, чтобы точки не слипались. (из работ лаборатории профессора Мошникова В.А.).
