Создан высокоскоростной микроскоп, позволяющий снимать химические процессы практически в режиме реального времени - «Наука и технологии»

Получить высококачественные и детализированные изображения наноразмерных статичных объектов, размером с молекулу, достаточно легко. Однако, если эта молекула двигается или с ней происходит что-либо, то задача съемки этих процессов сразу усложняется во много и много раз, что не оставляет исследователям ни единого шанса взглянуть на все происходящее. Однако, теперь с такой задачей может справиться новый микроскоп, разработанный специалистами Массачусетского технологического института, который позволяет получить достаточно качественное видео происходящих на наноразмерном уровне процессов практически в режиме реального времени.

Новый микроскоп представляет собой новый вид почти классического атомно-силового микроскопа, который измеряет очень слабые изменения сил, воздействующих на крошечный кремниевый наконечник, двигающийся вдоль поверхности изучаемого объекта. Это походит на миниатюрный вариант пальца слепого человека, который читает текст, написанный шрифтом Брайля, и такой способ позволяет получить изображения с достаточно высоким уровнем детализации и разрешающей способностью.

"Когда изучаемый образец статичен, процесс съемки его полного изображения занимает от 8 до 10 минут времени" - объясняет Юсеф-Туми (Youcef-Toumi), один из исследователей, - "Но если в образце что-либо меняется, то за это длительное время съемки информация искажается, что делает полученные снимки недостоверными".

Новый микроскоп может сканировать поверхность наноразмерных объектов в 2 тысячи раз быстрее, чем другие существующие подобные устройства. Такое быстродействие позволяет устройств снимать видео в режиме, близком к режиму реального времени. На представленном ниже видеоролике можно увидеть участок, размером 70 на 70 микрон, поверхности кальцита, который разъедается серной кислотой. И при помощи нового микроскопа четко видно, как кислота друг за другом разъедает отдельные слои материала.

"Используя наше устройство ученые смогут увидеть процессы кристаллизации, уплотнения, растворения, смещения слоев материала" - рассказывает Юсеф-Туми, - "При этом, все это видимо в момент, когда все эти процессы происходят непосредственно. И такой вид наблюдений стал доступен людям впервые за всю историю науки".

Столь высокоскоростная съемка стала возможной использованию новой технологии управления перемещения зондом микроскопа. Теперь для перемещения зонда, вместо одного традиционного привода используются два, скоростной маленький и более медленный большой приводы. Такой подход не нов, новым в этом деле является быстродействующая система управления, которая позволяет синхронизировать работу двух приводов и исключить влияние работы одного привода на другой, и наоборот. Именно эта проблема в прошлом и не дала довести подобные разработки до уровня практического применения.

Нынешний опытный образец нового микроскопа обеспечивает скорость съемки наноразмерных объектов на уровне 10 кадров в секунду. Однако, в ближайшем времени исследователи собираются повысить эту скорость до значения в 30 кадров в секунду, что позволит следить даже за ходом некоторых достаточно быстрых химических реакций и физических процессов.