IBM投稿のコメントのプラスと Toasterでの私の質問への回答
投稿はしません ：
- ウィキペディアと人気のある科学クランベリーからの知識の繰り返しと「天井から取られた」ステートメント。
- 数学と数式。 一般的に
- 物理学の学校コースに関する教育プログラム。はい、私にとって難しいことではありませんが、記事はメスのクジラのサイズに成長します; D. 私たちはすべて大人です。基本の基本を理解していない場合は、自分で答えを探しているか、コメントで尋ねています。
出版物では次のようになります。
- 技術的および工学的強調;
- たくさんの質問。 読者に彼の脳を起動させ、研究者として考えてみてほしいと思いました。
- 多数の視覚的な写真。
多くの資料があり、同化を強化するためにエンジニアリング記事から始める方が良いです。 では、私たちの目の前にどんなテクノロジーがあるのか、 ナノであるかどうかをどのように理解していますか？ それを測定しましょう。
魔法の定規
まず第一に、私は技術者や実験者のように考えていることに注意してください。したがって、プロセスの本質や研究対象の現象の物理的性質を理解するのではなく、数学装置を使用する人々に大きな不満を抱いています。
先生方へ
残念ながら、わが国の教育は、非常に多くの数学と視覚的比較の欠如という原則に従って機能しています。 この段落では、（驚くべきことに！）研究所の最後の年に数式を詰め込んでいない先生に感謝と感謝を表明したいのですが、物理学の本質を指で説明しました。 彼らの名前：I.S. ヴァシリエフスキー、V.A。クルバチンスキー、伝説のV.P. グラドコフは、数年間の脳の無力感の後に考えることを教えてくれました。
ファッションブランド「ナノテクノロジー」と高解像度については忘れましょう。 ナノは、スケールの接頭辞の1つです。 マイクロまたはメガと違いはありません。 したがって、テクノロジーでミリメートルに匹敵するサイズのオブジェクトを操作できる場合（たとえば、旋盤で部品を回転させる場合）、これはミリテクノロジーです。
ナノスケールと10億分の1メートルを想像してみましょう。 人間の髪の毛の太さ（ちなみに、その色によって異なります）は数十マイクロメートルです。 この厚さを10,000（！）回減らすと、ナノスケールが始まります。 手に髪を取り、目でその幅を評価します。 精神的に減らすことをお勧めします。 想像するのは難しいですか？ そして、私はそれが単純であるとは言わなかった（率直に言って、一般的に不可能）。
測定は想像するよりも簡単です。 一般に物理学は驚くべきことです。自然の説明のために、想像することが不可能なものを記述するために、不可能な類推を常に発明しているからです。
部屋の映像を測定するには、巻尺を使用することをお勧めします。 iPadの幅は、定規を使用して測定する方が便利です。 工場部品の厚さは、ノギスで完全に測定されます。 そして、髪の太さは光学（学校）顕微鏡で見ることができます。
しかし、ナノオブジェクトを測定する方法は？
すべての測定は、標準との比較の概念に基づいています。 これはどうですか？
- 視覚的比較：マイクロメーターサイズの小石を見つけ、顕微鏡のステージに置いて、レンズで測定スケールを描画し、さらに研究するためにナビゲートできます。
- オーバーレイ：定規または巻尺を取り、その正確なサイズを知っています。 それをサンプルに適用し、オブジェクトがルーラーに何回収まるかを確認し、必要な長さを計算します。
直接長さを測定する他の方法はありません（または覚えていません）。 結果が直接求められる量である場合、直接測定はアクションであることを理解することが重要です。 もちろん、ガラスの厚さを測定することもできます。透過する光の強度の変化に焦点を合わせます（ガラスが厚いほど、光は少なくなります）。 私は光の強度を測定し、いくつかの依存関係に従って間接的に厚さを計算します。 ご想像のとおり、これらは間接的な測定値です。
参照ナノオブジェクトを別のオブジェクトに重ね合わせることはできますか？ もちろん違います。 視覚的に比較できますか？ 私たちはできますが、それは非常に困難です（光の性質のため。自然な制限を回避するための説明と方法は、次の記事で説明します）。
私たちが想像して見ることができないなら、それでは... 感じてみましょう！
プローブ顕微鏡。 STMの原則
1981年、走査型トンネル顕微鏡またはSTMが発明されました。 アイデアは次のとおりです。細い導電性針を備えた蓄音機を使用し、サンプルの上にプローブを置きます（タッチはありません）。
走査型プローブ顕微鏡写真
電気回路が閉じられているため、デバイス上の電流を検出します（電子は表面から針にジャンプします、いわゆるトンネル効果）。 プローブがピットを通過すると、電流が弱まります。 プローブの下にスライドがある場合、増幅します。 これは、針とサンプルの間の距離の変化によるものです。 データに基づいて写真を作成します（コントラストは特定のポイントでの電流の大きさに依存します。プローブが表面に近いため、明るいほど値が高くなります）。
左側には光学的手法（スケール10マイクロメートル）を使用して撮影した写真があり、右側にはSTMを使用して取得した画像があります。 おかしいが、色がなくてはならない。 マイクロワールドのすべての写真は、ポップな明瞭さのために手動でペイントされます。 ナノスケールでは、色の概念は単純に消えます。
シンプルで美しいですね。 これを自宅で繰り返しましょう。 必要なツールをすべて入手し、針を研ぎます。
科学的には、針ではなく、カンチレバーです。 ところで、端の厚さは10 nmに達することができます。 これを行う方法？ 別の記事への質問。 それまでの間、サンタクロースがあなたにくれたとしましょう;）
問題は、針を表面に十分に近づけて（0.1-1ナノメートルのオーダー）、サンプルに誤って触れないようにする方法ですか？
ナノスケールを測定するには、まずナノスケールでオブジェクトを移動する方法を学習する必要があります。 最新のプローブ顕微鏡では、プローブ保持の精度は0.001ナノメートルです！ 産業用ロボットが約1メートルの寸法で同様の動きの精度を持ち、マニピュレーターに針を固定すると、数ナノメートルの直径の円を描くことができます。 フィクション、要するに。
幸いなことに、解決策があります-圧電素子。 それ自体を通る電流の伝達に応じて、そのような要素のサイズは「nanodeficiencies」で異なります。 迅速で直接的な例えは、温度膨張です。 金属を加熱すると、目に見えないようにサイズが変化しますが、工学構造では顕著です。 「パイ」にも同じ特性がありますが、電流が流れます。
そのような要素にプローブを取り付け、顕微鏡を1μmの距離まで引き寄せてから、「パイ」に電流を通すと、さらに0.99μmを克服し、必要に応じて表面に近づくことがわかります。 問題は解決しました。 測定を開始できます。
測定と新しい課題
プローブ顕微鏡法にはいくつかの測定モードがあります。
片持ち梁の表面でスキャンする場合、電流を増幅しながらプローブを上げて（トンネル効果を低減する）、プローブを下げて強めることができます。 したがって、高さに応じて定電流モードに努めています。 針は常に表面と1レベルの収束を持ちます。つまり、サンプルを慎重に「感じます」。
そして、針の高さを固定し、電流の変化に焦点を合わせて水平方向にのみ動かすことができます。 これは、 一定の高さモードです。 これは、サンプルの高さが十分に均一である場合に便利です。表面に平行にすばやく「走り抜け」、現在のデータを取得できます。
さまざまなモードで表面を操作するスキーム。
何らかの方法で、オブジェクトの高さを常に一意に決定できます。
しかし、その幅、または科学的な用語で、横方向のサイズを測定する方法は？ ご存じのように、これは前の図のような巨大な丘ではなく、数ナノメートルの大きさの物体に関するものです。
これが、テーブル上のナノオブジェクトの様子です。
また、カンチレバーの先端の隣に同じオブジェクトがあります。
プローブが左に移動すると、ボールは底面からではなく側面からプローブに接触し始めることが合理的です。 スムーズな上昇が始まり、最大値（ボールがプローブの先端の下に正確にあるとき）に到達し、その後スムーズに下降します。 ナノオブジェクトの形状と厚さに関係なく 、高さを明確に示す丘の滑らかな曲線（プローブの高さの座標依存性）が得られることは明らかですか？
したがって、横方向のサイズのみを推定できますが、決定の精度は高さの測定値よりもはるかに低くなります。
おわりに
もちろん、非専門家にとって特別な価値のない微妙な点やニュアンスはまだたくさんあります。 在庫を取りましょう。
STMの利点：
- 測定精度は0.1〜10 nmです（インターネットでデータを見つけることができませんでしたが、ノートブックからはほど遠いです。少し間違える可能性があります、メモリから示します）。
- サンプルに直接的な影響はありません（表面を傷つけないでください、他の方法はそれほど忠実ではありません）。
STMの欠点：
- 導電性サンプルのみを測定します（したがって、多くの場合、すべての種類の有機物に金を吹き付けて「見る」）。
- 非常に長い時間（実験室に40分間座って数十マイクロメートルの小さな領域をスキャンしたことを覚えています。測定時間が長いほど、より正確で、より良い写真になります）。
- 横方向のサイズの弱い定義。
STMインストールの写真。 インターネットの価格を見つけるのはそれほど簡単ではありませんが、構成によってはルーブルで6個のゼロに焦点を当てます。
この方法に基づくすべての走査型プローブ顕微鏡（SPM）は、表面へのプローブの露出の種類を使用します。
次の記事では、STMの自然な進化と、重力の恩恵を受ける方法、プローブが変動する理由、微小角度の測定の難しさについて説明します。
最後に美しい写真をキャッチします。
