Technológia - Elektro Net
Technológia - Elektro Net
Technológia - Elektro Net
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
cse jelenlétében alkalmazott, gõz-folyadék-szilárd<br />
test (VLS) modell alapján. Ezt<br />
a módszert Wagner javasolta az 1960-as<br />
években [19]. A módszer feltételezi fémkatalizátor<br />
jelenlétét, mely eutektikus<br />
összetételt képez a nanoszál egyik kémiai<br />
komponensével. E módszer szerint<br />
a nanoszálszintézis különleges termodinamikai<br />
feltétele, hogy a növesztési hõmérséklet<br />
haladja meg a fém/félvezetõ<br />
eutektikus hõmérsékletét. A folyékony ötvözet-szilárd<br />
csatlakozási felület létezése<br />
támogatja az anizotróp kristálynövesztést.<br />
E módszerrel rendszerint fém- (gyakran<br />
arany-) cseppecskéket lehet megfigyelni<br />
a nanoszálnövesztés csúcsán, és<br />
a cseppecske mérete meghatározza a<br />
nanoszál átmérõjét. Ennélfogva a fémcseppecske<br />
méretének szabályozása egy<br />
hatékony eszköze lehet az egyforma méretû<br />
nanoszálgyártásnak.<br />
A VLS egy sokoldalú módszer, mert<br />
az egyensúlyi fázisdiagram ismerete lehetõvé<br />
teszi, hogy könnyen meghatározhassuk<br />
a katalizátoranyagot és a növesztési<br />
feltételeket. Az csak szükséges feltétel,<br />
hogy a katalizátor és a félvezetõ<br />
eutektikus összetételt formáljon, és a növesztési<br />
hõmérséklet legyen az eutektikus<br />
pont és a félvezetõ olvadási pontja között.<br />
Azonkívül a növesztés alatt a<br />
nanoszálanyag gázkomponensének folyamatos<br />
táplálása is szükséges.<br />
Vizsgálati eszköz: a mikroszkóp<br />
Meglátni a korábban nem láthatót – mindig<br />
is vágyott erre az ember. Egy harmatcsepp<br />
nagyítását valószínûleg már a történelem<br />
elõtti ember észlelte. A fénymikroszkóp<br />
felfedezése (Antonie van Leuvenhook,<br />
1660) után majdnem háromszáz<br />
évet kellett várni az elektronmikroszkóp<br />
felfedezésére (Max Knoll és Ernst<br />
Ruska, 1931). A folyamatos fejlesztés<br />
eredménye az atomi felbontást adó elektronmikroszkóp,<br />
ami a nanotechnológiában<br />
fontos vizsgálóeszköz.<br />
Új ötlet volt a pásztázóelv felfedezése,<br />
de különösen annak általánosításai.<br />
Az elv lényege, hogy egy – lehetõleg nagyon<br />
kicsiny – ponton valamivel (fény,<br />
1. ábra. A Nobel-díjas Heinrich Rohrer és<br />
Gerd Binnig<br />
40 info@elektro-net.hu<br />
<strong>Technológia</strong><br />
részecske) gerjesztjük a vizsgálandó<br />
anyagot, mire az valamivel, pl. elektronemisszióval<br />
válaszol. Az elektronok számát<br />
(áramot) megmérjük.<br />
Ezt követõen egy szomszédponton<br />
végezzük el ugyanezt, és így tovább. Az<br />
egyes jeleket megjelenítjük – például egy<br />
képernyõn sorba rendezve, s ezzel elõáll<br />
a vizsgált anyag valamilyen tulajdonságának<br />
a „képe”. Ha emellett még meg is<br />
értjük, milyen tulajdonságot, milyen „választ”<br />
látunk, elõreléptünk.<br />
Így fejlõdött ki a pásztázó elektronmikroszkóp<br />
(Ruska, Nobel-díj, 1986) és<br />
a pásztázó alagútmikroszkóp (Binnig,<br />
Rohrer, Nobel-díj, 1986) [20].<br />
A pásztázó alagútmikroszkóp (STM)<br />
az elektronmikroszkóp egy olyan típusa,<br />
mely a mintának a háromdimenziós képét<br />
mutatja. E mikroszkóphoz évtizedek<br />
mûszaki fejlesztése és egy nagy ötlet kellett:<br />
felismerni, hogy az ún. piezokerámiák<br />
zsugorodása-tágulása a ráadott<br />
elektromos feszültség függvényében reprodukálható,<br />
és atomi méretû alakváltozást<br />
eredményez, azaz atomi méretû<br />
pásztázást tesz lehetõvé. Ezt követõen<br />
azután elszabadultak az ötletetek, és mára<br />
már vásárolható pásztázó atomerõmikroszkóp,<br />
pásztázó optikai mikroszkóp<br />
sok-sok változatban, pásztázó<br />
mágneses mikroszkóp, pásztázó (elektromos)<br />
kapacitás-mikroszkóp, amelyekkel<br />
vizsgálható a nanovilág.<br />
Még izgalmasabbá tette mindezt,<br />
hogy egyik-másik módszerrel akár egyes<br />
felszíni atomokat meg lehet fogni, máshová<br />
tenni, vagy éppen a kívánt helyre<br />
„odalökdösni”. Ezek közül néhányat be<br />
is mutatunk a cikk késõbbi részében.<br />
A pásztázószondás eljárások ezzel a<br />
nanotechnológia laboratóriumi méretû<br />
kísérleteinek alapeszközeivé váltak.<br />
Az anyagoknak atomi szintû láthatóvá<br />
tétele a 20. század nagy eredményei<br />
közé tartozik. Ezeknél a módszereknél<br />
az atomi felbontás mindig is közvetett<br />
láthatóvá tételt jelent, azaz nem magát<br />
az atomot látjuk, hanem atomok közös<br />
megnyilvánulását – mint például az<br />
atomi felbontású transzmissziós elektronmikroszkópiai<br />
képnél. Fokozatosan<br />
fedezték fel azokat az eljárásokat, amelyek<br />
ugyan közvetettek, de az egy-egy<br />
atom által kibocsátott „válaszjelet” érzékelik.<br />
Ilyen a már említett pásztázó<br />
alagútmikroszkóp és pásztázó atomerõmikroszkóp,<br />
de ilyen a már jó fél évszázados<br />
ötlet, az ún. téremissziós mikroszkóp<br />
is. A következõ lépésben az emberiség<br />
már azokat a módszereket kereste,<br />
amelyek atomi szinten kézben<br />
tartott „megmunkálást” is jelentenek.<br />
A nanotechnológia eredetileg az<br />
egyedi manipulációk kifejlõdésével indult.<br />
Ehhez egy szellemesen egyszerû<br />
mûszaki termék létrejötte kellett, az ún.<br />
2006/8.<br />
piezokerámiáé. Ez a keramikus anyag,<br />
ha elektromos feszültséget adunk rá,<br />
reprodukálhatóan összehúzódik, illetve<br />
kitágul. Ez az alakváltozás olyan kicsiny,<br />
hogy az atomi méretek tartományában<br />
szabályozható. Binnig és<br />
Rohrer Nobel-díjas ötlete volt, hogy így<br />
atomi pontossággal lehet egy tût a vizsgálandó,<br />
illetve átalakítandó felület<br />
mentén mozgatni (pásztázó alagútmikroszkóp,<br />
STM) [21]. Nem sokkal késõbb<br />
meg is jelentek azok a képek,<br />
amelyek egyedi atomoknak a felületen<br />
való elrendezésébõl születtek.<br />
Ezzel indult el a nanotechnológiai<br />
megmunkálások demonstrációs fázisa.<br />
Világos, hogy ilyen módon aligha lehetne<br />
„termelni”, de prototípusok elkészíthetõk.<br />
Ezt kell követnie olyan eljárások kifejlesztésének,<br />
amelyek már atomok tömegeivel<br />
végzik el ugyanazt, amit az<br />
STM tûje egyetlen atommal.<br />
A már tömeges elõállításra is alkalmas<br />
jelenségek összefoglaló neve önszervezõdés.<br />
A nanotechnológia itt ad<br />
feladatot a kémiának: a tér- és síkbeli<br />
szabályosság alapkritérium, hiszen a<br />
keletkezõ elemek csak így lehetnek<br />
megtalálhatóak, a számítástechnika<br />
nyelvén: címezhetõk. Ha a rendezést<br />
szolgáló természeti törvények „nyugodtan”<br />
mûködnek és „ellenségük”, a rend<br />
ellen ható hõmozgás nem ront el mindent,<br />
nagyon sok rendszer „önszervezõdik”<br />
[22].<br />
A mikroszkópok elve<br />
A kvantummechanikai alagútjelenség adja<br />
az elvi alapját napjaink legpontosabb<br />
mikroszkópiai eljárásának. Az ún. pásztázó<br />
alagútmikroszkóp egy nagyon egyszerû<br />
berendezés, amivel atomi szinten<br />
lehet felületeket feltérképezni és manipulálni.<br />
Az eszköz kulcseleme egy precíz,<br />
háromdimenziós mozgatásokra alkalmas<br />
piezoelektromos henger s a végére rögzített<br />
hegyes tû. A tûbõl alagútáram folyik<br />
át a minta felületére, s mivel ez az áram<br />
nagyon érzékenyen változik a távolsággal<br />
(exponenciálisan), mérésével igen<br />
pontosan meg lehet határozni a tû távolságát<br />
a minta felületétõl. A tû mozgatásával<br />
atomi pontossággal letapogathatjuk a<br />
felületet szerkezetét.<br />
A pásztázó alagútmikroszkóp pontos<br />
pozicionálása lehetõvé teszi, hogy akár<br />
egyes atomok is megtalálhatók legyenek.<br />
Ha például a felületre idegen atomokat<br />
szórunk, ezek megtalálhatók, sõt a tû leeresztésével<br />
akár odébb is tolhatók. Ezzel<br />
a módszerrel a felületen struktúrákat lehet<br />
kialakítani [23]. Erre példa az ún. atomi<br />
korallok építése (2. ábra). A korallon<br />
belül látványos elektron-állóhullámok<br />
alakulnak ki (3. ábra). (A képek forrása:<br />
www.almaden.ibm.com/vis/stm/)
Change language