В настоящее время очень актуальны исследования и разработки, связанные с нанотехнологиями. В Тверском государственном университете проводятся исследования нанопокрытий с использованием метода сканирующей туннельной микроскопии.

Данные исследования позволяют решать следующие фундаментальные проблемы:

• создание наноразмерных структур с заранее заданными свойствами;
• визуализация рельефа оптических поверхностей на микро- и наномасштабах;
• разработка новых режимов обработки оптических поверхностей с использованием зондовой микроскопии для контроля рельефа на микро- и наномасштабах;
• применение зондовой микроскопии для оптимизации технологии внедрения металлических частиц в полимерные матрицы;
• изучение морфологических и структурных характеристик металлических и полупроводниковых наночастиц, находящихся в диэлектрической (в том числе полимерной) матрице;
• сопоставление теоретических результатов, полученных исследовательским коллективом, и результатов компьютерных экспериментов с данными зондовой микроскопии.

В частности в настоящее время проводятся исследования в области микроскопического анализа поверхности, полученной в результате протекания неравновесных физико-химических процессов. Установлено, что для целого ряда макроскопических систем основным структурообразующим элементом является фрактальный кластер – объект дробной размерности. При этом ряд теоретических и экспериментальных исследований по изучению физических свойств поверхностей с различной геометрией шероховатости, включая сложные фрактальные системы, показывает, что сильно флуктуирующие поля в масштабно–самоподобных объектах (например, фрактальные кластеры наночастиц благородных металлов) могут значительно превышать внешнее возбуждающее поле, а значит влиять на свойства самой поверхности. Таким образом, возникает необходимость в детальном изучении фрактальной структуры кластеров, а также ее влияния на физические свойства этих поверхностей. Для образца «золота на слюде» с использованием вольфрамовых зондов нами была установлена возможность существования фрактальной структуры и определена ее фрактальная размерность. Таким образом, имея возможность сопоставлять данные о режиме вакуумного напыления (плотности пучка, времени напыления и др.), а также рельефе поверхности можно разработать технологии по «выращиванию» поверхности с заданной наноструктурой.

Одним из приложений сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии является исследование неоднородности электрических свойств образцов сложного состава. В этом случае совместный анализ морфологии поверхности и вольт-амперных характеристик (ВАХ), снятых в различных точках поверхности, позволяет судить о распределении различных фаз на поверхности композитных структур, исследовать корреляции между технологическими параметрами их получения и электронными свойствами. В частности, снимая ВАХ в различных точках поверхности, можно исследовать распределение сверхпроводящей фазы в образцах неоднородного состава. С этой целью при сканировании одновременно с регистрацией рельефа поверхности в каждой точке производится снятие ВАХ.

В наших исследованиях ВАХ контакта металл-металл мы также использовали образец с периодической структурой золота на поверхности поликарбоната (см. рис. 1). Для оценки качества получаемой периодической структуры, как правило, строятся профили поверхности по заданному направлению, а также гистограмма частоты появления точек поверхности с определенной высотой относительно поверхности образца.

Рисунок 1 Результат сканирования рельефа образца «золото на поликарбонате» (размер области сканирования 5,15x5,15 мкм)

Метод туннельной микроскопии заключается в исследовании зависимости туннельного тока, протекающего в системе острие-образец, от приложенного напряжения смещения. Получаемая из этих данных информация об электронной структуре образца может быть сильно искажена влиянием различных факторов, которые не всегда можно учесть. Таким образом, важной проблемой является изучение влияния параметров туннельной системы на вид ВАХ. На примере модельной системы острие вольфрам – образец золото показано, что форма туннельного барьера (степень прозрачности) и ее изменение от приложенного напряжения существенно влияет на получаемые данные. Важно также отметить, что на форму ВАХ существенно влияет эффект термического расширения острия, который может проявляться даже при малых по сравнению с работой выхода напряжениях смещения и приводить в частности к непосредственному контакту острия и образца.