Dokonalejší pohled do „neviditelného“ světa
Vědci z AV ČR s firmou NenoVision vylepšují unikátní české zařízení LiteScope pro mikroskopii a z měřicí sondy chtějí udělat nástroj na výrobu nanostruktur. Zařízení umí jako jedno z mála na světě propojit dvourozměrný a trojrozměrný obraz.
Spin-off NenoVision, založený absolventy Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně, vyvinul systém LiteScope, který je schopný jako jeden z mála na světě s velkou přesností propojit současně dvourozměrný obraz z elektronového mikroskopu a 3D obraz z mikroskopu atomárních sil. Nyní jej chtějí vědci posunout na ještě vyšší úroveň.
Dvourozměrný obraz zajišťuje svazek elektronů a detektory, trojrozměrný zase rastrovací sonda. Obojí spojuje zařízení LiteScope, pracující ve vakuovém prostředí, které bude nyní chytřejší. Z rastrovací sondy chtějí vědci udělat nástroj, který umožní se vzorkem přímo pracovat, při zachování původního konceptu. Ten firma charakterizuje jako „vše v jedné krabičce“. Do společného vývojového projektu jsou zapojena hned tři brněnská akademická pracoviště: Ústav fyzikálního inženýrství z FSI VUT, Ústav fyziky materiálů (ÚFM) a Ústav přístrojové techniky (ÚPT) Akademie věd.
Vylepšení systému
Elektronové mikroskopy pracují s proudem elektronů ve vakuu, aby mohl svazek doletět až ke vzorku a elektrony se nesrážely s atomy a molekulami ve zbytkové atmosféře. Vědci mají k dispozici velice čisté prostředí, které umožňuje studovat povrchy vzorků až na atomární úrovni.
„Představte si monokrystal křemíku, z něhož se dělají čipy. Jde o velice čistou a uspořádanou strukturu, ale jakmile by se rozlomil na vzduchu, během miliontin sekundy se na původně čistém povrchu vlivem vnější atmosféry vytvoří „špinavá“ vrstva adsorbovaných molekul z okolního vzduchu. Pokud tedy chceme sledovat, co se děje na atomární úrovni na čistém povrchu, musíme zajistit, aby nad ním nebyla žádná atmosféra a pracovat s ním v takzvaném ultra-vysokém vakuu,“ vysvětluje Jiří Spousta z Ústavu fyzikálního inženýrství.
Už dnes využívá systém LiteScope ve vakuovém prostředí rastrovací sondu, kterou nyní čeká vylepšení. Vědci mají v plánu využít dutá optická vlákna, která mohou vést světlo. Okolo jejich středu budou po celé délce vlákna mikropóry, kterými chtějí vést např. pracovní plyn. Sonda tak bude nejen detektorem, ale i nástrojem, kterým lze na zkoumaný vzorek přivést světlo, plyn nebo napětí. Díky tomu lze se vzorkem pracovat ve velmi malém měřítku. Tento proces se sice nezdá nijak složitý, ale jinak to vypadá v momentu, kdy si uvědomíme, v jakých velikostech se pohybujeme.
„Sondy mají tak ostré hroty, že jejich špičku tvoří pouze desítky až stovky atomů. Nanostruktury, které vyrábíme a zkoumáme, jsou nesmírně malé. Pro představu: Pokud na naši nanostrukturu spadne vlas, poměr velikosti mezi nanostrukturou a vlasem by byl stejný, jako kdyby na vlas spadl dub o průměru jeden metr,“ přibližuje Jiří Spousta.
Dokonalejší uvnitř
Další inovací je zařízení na tzv. in-situ (tzn. uvnitř mikroskopu) zatěžování, které umožní mechanicky zatěžovat kovové vzorky ve vakuové komoře elektronového mikroskopu a zároveň detailně pozorovat mechanizmus šíření trhlin, které na vzorku vznikají. Vývoj v budoucnu umožní detailně studovat počáteční fáze vzniku a šíření únavových trhlin a díky tomu budou dostupná cenná data pro numerické simulace a metodiky, které se užívají při stanovení životnosti kritických součástí např. v automobilovém či energetickém průmyslu.
Zdokonalení zařízení LiteScope přinese i vývoj speciálních kalibračních vzorků, vytvořených za pomoci litografických technik na ÚPT AV ČR.
„Takto vytvořené testovací preparáty, postavené na bázi binárních a trojrozměrných nanostruktur, umožní garantovat správnost rozměrů, jak v oblasti klasické, tak tzv. korelativní mikroskopie. Ta je založená na souvztažnosti informací získaných elektronovou a sondovou rastrovací mikroskopií, kde se ostrý hrot pohybuje nad povrchem vzorku a rastruje,“ vysvětluje Alexandr Knápek z ÚPT a doplňuje: „Samotným hrotem se budeme rovněž zabývat a plánujeme využívat jevu kvantového tunelování v podmínkách ultra-vysokého vakua, což je úroveň vakua srovnatelná s úrovní na povrchu Měsíce. S jeho pomocí budeme měřit charakteristiky hrotů různých výrobců, aby bylo možno zlepšit rozlišení zařízení a snížit úroveň šumu.“
NenoVision se s high-tech inovativními produkty snaží neustále zdokonalovat možnosti a schopnosti mikroskopických technik. Proto je pro ně nezbytné, aby dokázali propojovat potřeby trhu a aplikovaného vývoje. Od spolupráce s výzkumníky si firma slibuje vznik nových technologií a aplikací posouvajících limity zařízení LiteScope, které mohou zásadním způsobem posílit její pozici na globálním trhu.
Josef Vališka
Foto: NenoVision
124
.gif)
