В НИТУ «МИСиС» разработан новый материал для сканирующих зондовых микроскопов

• 
•  © misis.ru

Сейчас в большинстве сканирующих зондовых микроскопов в качестве пьезоэлектрика используются трубки из цирконата-титаната свинца (ЦТС). У него много преимуществ перед конкурентами, но и он не идеален. Так, например, за счет такого явления, как механический гистерезис, кантилевер при сканировании может переместиться в непредсказуемую точку, а низкая устойчивость пьезоэлектрика к изменениям температуры приводит к тому, что экспериментальные результаты зависят от «погоды» в лаборатории.

Сотрудница кафедры материаловедения полупроводников и диэлектриков НИТУ «МИСиС» Юлия Терехова предложила вместо ЦТС-керамики использовать для перемещения кантилевера новый материал, разработанный на кафедре материаловедения полупроводников и диэлектриков — бидоменные монокристаллы ниобата лития.

• 
•  © misis.ru

Ученым придется менять сердце сканирующего зондового микроскопа — пластинку пьезоэлектрика, если они хотят добиваться стабильных и более качественных результатов. Кроме того, новый материал — бидоменный ниобат лития позволяет изучать поверхности при недостижимых ранее значениях температуры.

• 
•  © misis.ru

Сам ниобат лития известен довольно давно — первые образцы были получены в 60-годыпрошлого века независимо друг от друга учеными СССР и США для применения в лазерах и других оптических устройствах. Кроме выдающихся оптических характеристик ниобат лития проявляет также пьезоэлектрические свойства и при этом не обладает присущими ЦТС-керамике недостатками.

Пьезоэлектрические характеристики ниобата лития на порядок хуже, чем у пьезокерамики, что до недавнего времени не позволяло использовать его в сканирующих зондовых микроскопах: слишком большое напряжение надо было прикладывать к ниобату, чтобы переместить иглу кантилевера на достаточное расстояние. Но группа ученых из НИТУ «МИСиС» смогла решить эту проблему. Тонкую кристаллическую пластину ниобата лития отжигают так, что в ней формируются две одинаковые по объему области (домены), которые при приложении электрического поля деформируются по-разному. Такие кристаллы называют бидоменными. Правильно подобрав геометрию и ориентацию пластины, удалось получить значительные перемещения кантилевера при небольших управляющих напряжениях.

• 
•  © misis.ru

Благодаря применению кристаллов из бидоменного ниобата лития изображения стали более четкими. Кроме того, появилась возможность исследовать поверхности при температурах, недостижимых для ЦТС-керамики. Она перестает быть пьезоэлектриком уже при 150 — 200 °C, а ниобат сохраняет свойства до 450 °C, что позволяет изучать изменения сканируемой поверхности в процессе нагрева, например.

По условию конкурса «У.М.Н.И.К.», который Юлия Терехова выиграла со своим проектом, она будет работать над ним в течение двух лет. На данный момент она работает над созданием лабораторного образца, а затем будет проработка его деформационных, резонансных и температурных характеристик. Итогом исследования должно стать готовое устройство, способное заменить устаревшие системы перемещения в сканирующих зондовых микроскопах.

«Год назад я уже участвовала в конкурсе „У.М.Н.И.К.“, но была не уверена в своих силах, так как только начала работать над этой темой. В этот раз я подала заявку, проделав большой путь в своей научной работе. Коллеги с кафедры материаловедения полупроводников и диэлектриков поддерживали меня от начала конкурса до самого его конца. Победа в конкурсе помогла мне поверить в себя, а еще стала отличным стартом для моей научной карьеры», — говорит Юлия.

• 
•  © misis.ru

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈