Нан Яо, Чжун Лин Ван (ред). Науч. ред. И.В. Яминский Справочник по микроскопии для нанотехнологии.

Книга посвящена современным методам микроскопии, технике измерений и литографии на наномасштабе. В книге рассмотрены основные экспериментальные методы конфокальной оптической микроскопии, ближнепольной оптической микроскопии, зондовой микроскопии, ионной и электронной микроскопии, рентгеновской спектроскопии, зондовой и электронной литографии и др. В книге изложены основные принципы работы методов микроскопии, области их применения, приведены многочисленные примеры их использования. Разделы книги написаны и переведены учеными с мировым именем – ведущими специалистами в области микроскопии и нанотехнологии.

Книга предназначена для научных работников, аспирантов и студентов, чья научная деятельность связана с нанотехнологией.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ....................................................................................................................
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ...............................................................13
I. ОПТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ, СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ, ИОННАЯ МИКРОСКОПИЯ ИНАНОПРОИЗВОДСТВО............................................................................................17
1. КОНФОКАЛЬНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ ОПТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ И НАНОТЕХНОЛОГИЯ........................................................19
1. Введение.................................................................................................................19
2. Конфокальная микроскопия.................................................................................24
3. Применение в нанотехнологиях...........................................................................30
4. Выводы и перспективы.........................................................................................37
Благодарности............................................................................................................38
Литература..................................................................................................................38
2. СКАНИРУЮЩАЯ ОПТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ БЛИЖНЕГО ПОЛЯ В НАНОНАУКЕ............................................................................................43
1. Сканирующая оптическая мик.оскопия ближнего поля и нанотехнология....43
2. Основные идеи......................................................................................................44
3. Аппаратура.............................................................................................................45
4. Приложения в нанона.ке......................................................................................52
5. Перспективы.........................................................................................................69
Литература..................................................................................................................70
3. СКАНИРУЮЩАЯ ТУННЕЛЬНАЯ МИКРОСКОПИЯ....................................73
1. Основные принципы сканирующей туннельной микроскопии........................73
2. Определение структуры поверхности с помощью
сканирующей туннельной микроскопии.............................................................77
3. Сканирующая туннельная спектроскопия..........................................................98
4. Манипулирование атомами с помощью СТМ.....................................................107
5. Последние разработки...........................................................................................113
Литература...................................................................................................................124
4. НАБЛЮДЕНИЕ НАНОСТРУКТУР В АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ......................................................................................................128
Вступительные заметки............................................................................................128
Основы атомно-силовой микроскопии....................................................................130
Получение изображение макромолекул и их ансамблей............................148
Исследование гетерогенных систем.............................................................159
Заключение......................................................................................................166
Литература.......................................................................................................167
5. СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ ДЛЯ МАНИПУЛИРОВАНИЯ И СОЗДАНИЯ СТРУКТУР НАНАНОМАСШТАБЕ............................................................................................169
1. Введение.................................................................................................................169
2. Письмо наноразмерным пером.............................................................................174
3. Гравировка на наномасштабе...............................................................................179
4. Манипулирование на наномасштабе...................................................................183
5.Нанохимия..............................................................................................................186
6. Облучение светом на наномасштабе....................................................................190
7. Дальнейшие перспективы.....................................................................................191
Литература..................................................................................................................192
6. СКАНИРУЮЩАЯ ТЕПЛОВАЯ И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ......................................................................................................195
1. Введение.................................................................................................................195
2. Средства измерений сканирующей тепловой
и термоэлектрической микроскопии...................................................................196
3. Теория сканирующей тепловой и термоэлектрической микроскопии.............203
4. Приложения сканирующей тепловой и термоэлектрической
микроскопии в нанотехнологии..........................................................................208
5. Итоги и перспективы.............................................................................................214
Благодарности............................................................................................................215
Литература..................................................................................................................215
7. ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ МЕТОДОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ ВТОРИЧНЫХ ИОНОВ........................................217
1. Масс-спектрометрия вторичных ионов и нанотехнология................................217
2. Введение в масс-спектрометрию вторичных ионов...........................................218
3. Проблемы эксперимента в МСВИ-изображениях.................................................
4. Применение в нанотехнологиях...........................................................................225
5. Заключение и перспективы...................................................................................232
Литература..................................................................................................................232
8. АТОМНО-ЗОНДОВАЯ ТОМОГРАФИЯ...............................................................235
1.Атомно-зондовая томография и нанотехнологии...............................................235
2. Виды атомно-зондовых приборов........................................................................235
3. Основная информация (исходные данные).........................................................244
4. Графическое представление и интерпретация данных......................................245
5. Пример исследования наноматериала: многослойные пленки.........................250
6. Заключение и перспективы...................................................................................250
7. Благодарности........................................................................................................252
Литература..................................................................................................................252
9. ФОКУСИРОВАННЫЙ ИОННЫЙ ПУЧОК -МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ
ИНСТРУМЕНТ В НАНОТЕХНОЛОГИИ............................................................254
1. Введение.................................................................................................................254
2. Принципы работы и практическое использование систем ФИП......................256
3. Применение оборудования фокусированного ионного пучка...........................271
Благодарности............................................................................................................289
Литература..................................................................................................................289
10. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ЛИТОГРАФИЯ......................................................292
1. Электронно-лучевая литография и нанотехнология..........................................292
2. Оборудование для электронно-лучевой литографии.........................................294
3. Взаимодействие электронов с твердым телом....................................................305
4. Процесс переноса структуры...............................................................................309
5. Применения в нанотехнологии............................................................................313
6. Заключение и перспективы...................................................................................321
Литература............. ...................................................................................................322
II ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ............................................................................325
11. СКАНИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ
ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ.................................................................................327
1. Введение: сканирующая электронная микроскопия и нанотехнологии...........327
2. Взаимодействие электронов с образцом.............................................................331
3. Устройство сканирующих электронных микроскопов.......................................335
4. Разрешение изображений во вторичных и отраженных электронах................343
5. Механизмы контрастирования изображений наночастиц и других
систем, полученных во вторичных и отраженных электронах..........................346
6. Применение СЭМ для характеризации наноматериалов...................................353
7. Заключение и перспективы развития...................................................................356
Литература.............................. ................................................................................359
12. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОННО-ЗОНДОВЫЙ МИКРОАНАЛИЗ ВЫСОКОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗРЕШЕНИЯ
ДЛЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.........................................................361
1. Введение.................................................................................................................361
2. Проблемы определения параметров наноматериалов: объемных наноструктур и отдельных наночастиц...............................................................362
3. Физические основы методов электронной аналитической спектрометрии............................................................................................364
4. Определение элементного состава электронным пучком
высоких энергий на наномасштабах........................................................366
5. Определение элементного состава электронным пучком
нпзкпх п средних энергий на наномасштабах.........................................378
6. Примеры применения к наноразмерным материалам.............................388
7. Заключение..................................................................................................397
Литература.......................................................................................................398
13. ХАРАКТЕРИСТИКА НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ДИФРАКЦИИ ОБРАТНО РАССЕЯННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ (ДОЭ) В РАСТРОВОМ
ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ......................................................................399
1. Введение.................................................................................................................399
2. История развития метода ДОЭ.............................................................................400
3. Происхождение ДОЭ-картин.....................................................................400
4. Разрешение метода ДОЭ............................................................................406
5. Приготовление образцов наноматериалов для ДОЭ...............................410
6. Применение метода ДОЭ к наноматериалам...........................................412
7. Заключение..................................................................................................420
Благодарности.................................................................................................420
Литература.......................................................................................................420
14. ПРОСВЕЧИВАЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ (ПЭМ) ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ................................................................................422
1. ПЭМ высокого разрешения и нанотехнология...................................................422
2. Принципы и практическое использование ПЭМ высокого разрешения..........422
3. Применение ПЭМ высокого разрешения............................................................429
4. Текущие тенденции...............................................................................................437
5. Текущие задачи......................................................................................................442
6. Итоги и дальнейшие перспективы..........................................................................
Литература.....................................................................................................................
15. СКАНИРУЮЩАЯ ПРОСВЕЧИВАЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ
МИКРОСКОПИЯ...................................................................................................449
1. Введение.................................................................................................................449
2. Получение изображений методом СПЭМ...........................................................453
3. Получение изображений кристаллов методом СПЭМ.......................................459
4. Дифракция в приборах СПЭМ.............................................................................462
5. Микроанализ в СПЭМ..........................................................................................465
6. Исследования наночастиц и нанотрубок.............................................................466
7. Исследования кристаллических дефектов и межфазной границы...................469
8. Структура и состав поверхностей........................................................................470
9. Аморфные материалы...........................................................................................473
10. СПЭМ голография...............................................................................................474
11. СПЭМ со сверхвысоким разрешением..............................................................476
12. Выводы.................................................................................................................479
Благодарности............................................................................................................480
Литература..................................................................................................................480
16. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ IN SITU ДЛЯ
ПРОВЕДЕНИЯ НАНОИЗМЕРЕНИЙ..................................................................484
1. Введение.................................................................................................................484
2. Термоиндуцированные поверхностные динамические процессы
в наноструктурах...................................................................................................484
3. Измерение динамического модуля изгиба с помощью индуцируемого электрическим полем механического резонанса................................................485
4. Модуль упругости композитных нанопроволок.................................................495
5. Модуль упругости оксидных наноремней...........................................................498
6. Наноремни как нанокантилеверы........................................................................501
7. Полевая эмиссия in situ от нанотрубок................................................................501
8. Работа выхода у конца нанотрубкок и наноремней............................................502
9. Картирование электростатического потенциала у концов нанотубок..............506
10. Вызываемые полевой эмиссией структурные повреждения...........................507
11.Нанотермометринаноподшипник.....................................................................509
12. Измерение in situ электропереноса в нанотрубках...........................................509
13. Заключение...........................................................................................................515
Благодарности............................................................................................................516
Литература..................................................................................................................516
17. ПРОСВЕЧИВАЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ ПРИ НАЛИЧИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (ПЭМ ОС) ИНАНОТЕХНОЛОГИИ........................................................................................518
1. Введение.................................................................................................................518
2. История развития ПЭМ ОС..................................................................................519
3. Получение данных.................................................................................................525
4. Стратегии планирования эксперимента..............................................................527
5. Применение к наноматериалам............................................................................529
6. Выводы...................................................................................................................547
Литература..................................................................................................................548
18. ЭЛЕКТРОННАЯ НАНОКРИСТАЛЛОГРАФИЯ...............................................551
1. Введение.................................................................................................................551
2. Режимы электронной дифракции и геометрия...................................................552
3. Теория электронной дифракции...........................................................................556
4. Экспериментальный анализ..................................................................................565
5. Приложения к определению характеристик нанообъектов...............................574
6. Заключение и дальнейшие перспективы.............................................................580
Литература..................................................................................................................581
19. ТОМОГРАФИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРАНСМИССИОННОГО (ПРОСВЕЧИВАЮЩЕГО) ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА (ТЭМ-ТОМОГРАФИЯ)...........................................................................................583
1. Введение.................................................................................................................583
2. Томография.............................................................................................................585
3. Практика электронно-микроскопической томографии......................................592
4. СТЭМ-томография с использованием широкоугольного кольцевого темнопольного детектора (HAADF или Z-контраст-томография)....................597
5. ЭМЭФ-томография................................................................................................603
6. Заключение.............................................................................................................606
Благодарности............................................................................................................607
Литература..................................................................................................................608
20. ВНЕОСЕВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ГОЛОГРАФИЯ...............................................611
1. Электронная голография и нанотехнология.......................................................611
2. Описание внеосевой электронной голографии...................................................612
3. Наноразмерные электростатические поля..........................................................619
4. Магнитные поля на наномасштабе......................................................................624
5. Будущие перспективы...........................................................................................628
Литература..................................................................................................................630
21. СПЕКТРОСКОПИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ
ЭЛЕКТРОНАМИ С СУБНАНОМЕТРОВЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ...................632
1. Введение: спектроскопия характеристических потерь энергии электронами и нанотехнология............................................................................632
2. Понимание данных, содержащихся в ХПЭЭ-спектре........................................633
3. Спектроскопия ХПЭЭ с пространственным разрешением...............................641
4. Элементное отображение (картирование) индивидуальных наночастиц
с использованием сигналов от области вблизи края поглощения....................647
5. Картирование связанных состояний и электронных структур с использованием особенностей потери энергии электронами
вблизи края поглощения (ELNES).......................................................................652
6. Заключение.............................................................................................................656
Литература..................................................................................................................657
22. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ МАГНИТНЫХ СТРУКТУР С ПОМОЩЬЮ ПЭМ........660
1. Введение.................................................................................................................660
2. Лоренцева микроскопия (микроскопия Лоренца)..............................................661
3. Электронная голография.......................................................................................673
4. Итоги.......................................................................................................................689
Литература..................................................................................................................690
Список авторов.............................................................................................................692
Переводчики..................................................................................................................695