Ниобат лития позволяет создать устойчивые к температуре приводы для игл сканирующих зондовых микроскопов
В НИТУ «МИСиС» предложили изменить конструкцию сверхточных микроскопов так, чтобы они стали еще точнее. Для этого предполагается использовать особые бидоменные кристаллы ниобата лития. Помимо прочего, новый материал позволяет изучать объекты при недостижимых ранее температурах — до 450 градусов по Цельсию. Об этом сообщается в пресс-релизе университета, поступившем в редакцию «Чердака».
Одним из самых результативных типов современных микроскопов является сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ). Он позволяет не просто видеть нанометровые объекты, но и точно манипулировать ими. СЗМ «прощупывают» поверхность изучаемого объекта миниатюрной иглой (она называется кантилевер). Чтобы перемещать ее с нанометровой точностью, нужен актуатор (особый привод). Сегодня используются актуаторы на пьезоэлектрической основе. Пьезокристалл, к которому прикладывается электрическое напряжение, деформируется в нужной для исследователей степени. Применяя нужное напряжение, можно безошибочно сдвинуть кантилевер туда, куда требуется.
До сих пор лучшим материалом для актуаторов была керамика на базе цирконат-титаната свинца. Но при изменениях температуры его реакция на электрический импульс меняется, то есть даже небольшие колебания температуры в лаборатории уменьшают точность измерений и манипуляций. Поэтому Юлия Терехова из НИТУ «МИСиС» предложила использовать для управления кантилевером новый материал, разработанный в этом же учреждении, — бидоменные монокристаллы ниобата лития.
Пьезоэлектрическая чувствительность ниобата лития довольно низка, поэтому раньше к нему требовалось прикладывать слишком большое напряжение, чтобы переместить иглу кантилевера в нужное место. Но в НИТУ «МИСиС» обошли такую сложность за счет неоднородного отжига (нагрева и последующего охлаждения) монокристаллов ниобата лития. Из-за этого в них формируются две области (домена), по разному деформирующиеся при приложении электрического импульса. За счет взаимодействия деформаций в обоих доменах удалось получить значительные перемещения кантилевера при небольших управляющих напряжениях.
В результате в микроскопах с актуаторами на бидоменном ниобате лития были получены более четкие изображения. Поскольку этот материал сохраняет пьезоэлектрические свойства до 450 градусов по Цельсию, его возможности заметно шире, чем у керамики на основе цирконата-титаната свинца. Тот теряет пьезоэлектрические свойства ужа при 200 градусах. Это значит, что новые микроскопы можно применять для изучения изменений поверхности материалов даже при сильном нагреве
