Создание сканирующего туннельного микроскопа

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, робототехника, микроэлектроника, радиотехника» среди индивидуальных работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Нанотехнология

Авторы работы: ГБОУ Школа № 853

Предметы: Физика

Классы: 11 класс

Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 16−17 апреля 2018 года

Введение

Наиболее дешевым устройством, достигающим субнанометровых масштабов сканирования, является сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ). В отличие от своих конкурентов, электронных микроскопов (ПЭМ и РЭМ), зондовый микроскоп не требует безвоздушной среды и может работать при нормальных условиях.

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), один из двух основных видов СЗМ, оказывается настолько доступным в реализации, что его бюджетную версию можно построить «своими руками».

Цель

Создать действующую модель сканирующего туннельного микроскопа.

Описание

Для сканирования проводящего образца используется острая вольфрамовая игла, между ними создается электрическое напряжение. С помощью пьезоэлектрической трубки игла, закрепленная на трубке, подводится к исследуемому образцу на расстояние порядка ангстрем. Между ними возникает электрический туннельный ток, который подается на обработку микроконтроллеру Teensy 3.2. Микроконтроллер формирует топологическое изображение образца, отправляет его на компьютер и параллельно управляет процессом сканирования. Готовое изображение сохраняется в памяти компьютера.

Результат

На текущий момент микроскоп полностью сконструирован, собраны все детали для электронной части. Сейчас ведутся работы по изучению топографии поверхности образцов.

Перспективы развития результатов работы

В ближайшем будущем данный микроскоп будет способен функционировать для различных исследований в школьной лаборатории. После готовности проекта, его планируется модернизировать по мере возможности. Следует моторизировать механизм грубого сближения, установив на него шаговый двигатель, что позволит увеличить скорость поиска образца, а также предотвратить возможность поломки зонда. Планируется также создать звукоизолирующий корпус, чтобы свести влияние внешних вибраций к минимуму.

Награды/достижения

Работа удостоена диплома учительского жюри Балтийского научно-инженерного конкурса.

Работа удостоена диплома победителя научно-практической конференции «Инженеры будущего».