В Физическом институте им. П.Н.Лебедева РАН получены первые результаты работы оптического микроскопа ближнего поля, рассчитанного на работу в весьма широком диапазоне температур и предназначенного для использования в областях разработок наноисточников света и наноинформатики.

При решении задачи передачи информации в наноструктурах ключевую роль играет создание наноисточников света и способов передачи информации с их использованием. Наноисточники света представляют собой пирамидообразные структуры полупроводниковых материалов, которые имеют вершину пирамиды размером в несколько атомов. В таких объектах формируются условия квантования состояний, типичные для квантовой ямы и возникает возможность создания излучения. Размер излучающей области составляет примерно 20-50 нм. Главной перспективой применения таких источников является создание условий для генерации, передачи и анализа информации.
Для создания таких структур необходим прибор, который позволяет регистрировать излучение с разрешением, существенно превышающем дифракционный предел. Этим требованиям удовлетворяет современная ближнепольная сканирующая оптическая микроскопия (Near-field Scanning Optical Microscopy). В такого рода микроскопах образец сканируется в непосредственной близости от апертуры или диполя, при этом разрешающая способность определяется диаметром апертуры на конце волноводного оптического зонда, размером квантовой точки или радиусом кривизны острия металлического зонда.
Низкотемпературный сканирующий оптический микроскоп ближнего поля «КриоСБОМ101» разработан и изготовлен в сотрудничестве двух инновационных компаний, АО КДП и ООО «РТИ. Криомагнитные системы», аккредитованных при Инновационном центре ФИАН. Микроскоп установлен в криогенном отделе ФИАН и предназначен для исследований топологии и оптических свойств наноструктур в широком диапазоне температур, которые проводятся под руководством доктора физ.-мат. наук Евгения Демихова. (См. фото).
Разрешающая способность микроскопа - 30-50 нм, диапазон температур, на который рассчитан прибор, составляет 1,8-300 К. Криосистема микроскопа рассчитана на работу с жидким гелием или азотом и оснащена криостатом ёмкостью 3,5 л. Прибор имеет максимальное поле сканирования, равное 15x15 мкм. Диаметр шахты – 60 мм, диаметр гелиевых окон (4 шт.) – 20 мм.

На фото аспирантка М.Петрова снимает показания КриоСБОМ101 для своего диссертационного исследования

Ключевой частью микроскопа является зонд, поддерживаемый на расстоянии <1 нм над образцом. В процессе работы особую сложность представляла задача изготовления z-подвижки, обеспечивающей подвод-отвод зонда к образцу. Задача была успешно решена, при этом техническим новшеством явилось применение нового типа пьезокерамики, позволившей сделать компактную, жёсткую z-подвижку, способную надёжно перемещать сравнительно массивный зонд в условиях криогенных температур.
Основным преимуществом прибора является возможность получения оптического разрешения, значительно превышающего критерий Релея, во всем заявленном диапазоне температур. Благодаря наличию AFM моды микроскоп позволяет исследовать не только оптические свойства, но и топологию объектов исследования. Прибор предназначен для исследовательских лабораторий.
В своём комментарии Евгений Демихов сообщил:

«Разработанный прибор позволяет сделать прорыв в нанофотонике, в частности, нами планируются работы по созданию наноисточников света, которые позволят создание информационных сетей с колоссальной скоростью передачи информации. При этом существует новое и нетривиальное решение проблемы нанооптоволокна. Россия вполне здесь может стать лидером, т.к. все необходимые знания и сотрудники у нас есть. Наш подход показывает преимущества такой схемы развития приборостроения, при которой уникальное оборудование изготавливается под задачу. В последнее время стали модны закупки оборудования на Западе. Для решения стандартных задач это хорошо, а для решения прорывных задач плохо, т.к. не позволяет выйти в лидеры».

На Российском рынке аналогов криоСБОМ101 нет, однако, по сравнению с зарубежными образцами, прибор обладает возможностью работы в более широком диапазоне температур.

АНИ «ФИАН-информ»