3.3. Большепольный оптический микроскоп (бом)
В области оптики известна проблема получения оптических изображений объектов, намного меньших длины световой волны, связанная с наличием оптического предела Аббе, который устанавливает минимальный размер (R) образца, изображение которого может быть получено оптической системой при использовании света с длиной волны λ
R = λ/2n, (3.5)
где n – показатель коэффициента преломления среды
Значение R для оптического диапазона длин волн составляет 200 - 300.
Перспективным решением дифракционной проблемы является использование в световой микроскопии ближнего поля, существующего вблизи поверхности облучаемого или излучающего объектов на расстоянии меньшем длины световой волны.
В качестве технической основы БОМ используются элементы конструкции и электронные системы СТМ. Функцию светового зонда выполняют светоизлучающие и светопринимающие острия и отверстия диаметром в 10 - 100 раз меньшим длины волны света, которые обеспечивают величину разрешения изображения на уровне не более 10 нм. Практически используются конструктивные схемы БОМ, показанные на рис. 3.4.
Наиболее часто используется схема, в которой оптическое излучение лазера локализуется с помощью волокнооптического зонда при настройке схемы на отражение (рис. 3.4, а) или на просвет (рис. 3.4, б).
а б
Рис. 3.4. Конструктивные схемы большепольного оптического микроскопа: а – схема на отражение, б – схема на просвет
С целью повысить чувствительность метода излучение собирают на фотоприемнике с помощью линзы или фокусирующего зеркала. Возможна также схема, в которой мощное лазерное излучение направляется на образец, а прием осуществляется с помощью большепольного зонда. Создание БОМ с оптическим монохроматором позволяет проводить локальные спектроскопические исследования различных объектов.
Области применения БОМ достаточно широки: получение оптической информации о строении поверхности в нанометровом диапазоне, исследование локальных оптических и фотоэлектрических свойств фоточувствительных элементов, оптическая микрообработка поверхностей, изучение биологически активных объектов, создание запоминающих устройств со сверхвысокой плотностью записи и др.
3.4. Микроскоп магнитных сил (ммс)
Действует по принципу АСМ ближнего поля, в качестве зонда используется магнитное острие (намагниченная Fe Pt Ni – проволока или зерно ферромагнитного материала). ММС позволяет регистрировать микрополя ферромагнитной среды и получать «карты намагниченности».
Вследствие малых размеров, зонд ММС можно аппроксимировать в виде магнитного диполя. При этом сила, действующая на зонд, определяется соотношением
F = mograd H, (3.6)
где mo – магнитный момент зонда; Н – напряженность магнитного поля.
Поверхностный магнитный кластер создает магнитное поле, напряженность которого на расстоянии R равна
H(R) = [3r(rm) – m]/R3, (3.7)
где r – единичный радиус-вектор по выбранному направлению; m – магнитный момент кластера.
Таким образом, сила взаимодействия между зондом и магнитным кластером
F = grad [3(rm)2 – mmo]/R3. (3.8)
Например, для двух кластеров железа диаметром 10 нм, расположенных на расстоянии 10 нм, значение магнитной силы взаимодействия составит 4.9 ∙10-11 Н, при этом чувствительность ММС по магнитному потоку – 10-4 Тл [125].
Кантилевер располагается над образцом, и магнитная сила (F) приводит к его изгибу и вертикальному перемещению зонда. Для получения с помощью ММС «карт намагниченности» используются квазистатические и колебательные методики, аналогичные технике АСМ.
ММС применяется для исследования нанопленок и нанокластеров, наноструктур и нанокомпозитов. Метод позволяет наблюдать отдельные магнитные области и домены размером от единиц до десятков нанометров.