RU164733U1 - Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с излучающим элементом на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка - Google Patents

Abstract

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий магнитопрозрачные кантилевер с зондирующей иглой, вершина которой соединена с магнитопрозрачной полимерной сферой с нанометровыми конусообразными порами наименьшего диаметра, которые заполнены квантовыми точками структуры ядро-оболочка, покрытой защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, внешний источник возбуждения квантовых точек, внешний источник магнитного поля в виде плоской микрокатушки, соединенной с выходом ЦАП, отличающийся тем, что содержит магнитопрозрачную полимерную сферу со сквозными нанометровыми порами малого и большого диаметра, заполненными соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, двухслойную углеродную нанотрубку, состоящую из подвижной однослойной углеродной нанотрубки большего диаметра, длиной, равной диаметру магнитопрозрачной полимерной сферы со сквозными нанометровыми порами и вложенную в нее с зазором приближенно равным расстоянию между слоями кристаллического графита, однослойную углеродную нанотрубку меньшего диаметра, длиной, равной максимальной глубине сканируемых боковых стенок наноколодцев, причем внутренняя поверхность вложенной углеродной нанотрубки малого диаметра жестко соединена с внешней поверхностью выполненной электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы, а внешняя поверхность внешней подвижной углеродной нанотрубки большего диаметра продета и жестко закреплена в одной из нанометровых сквозных пор малого

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур.

Известен зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка, включающий кантилевер с зондирующей иглой, вершина которой соединена со сферой, выполненной из стекла с нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками структуры ядро-оболочка, покрытой защитным полимерным слоем, прозрачным для внешнего электромагнитного источника излучения и излучения генерируемого квантовыми точками структуры ядро-оболочка. Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной точке поверхности объекта диагнотирования (Патент RU 2541422 С1, 10.02.2015, G01Q 60/24, B82Y 35/00. Зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, легированным квантовыми точками структуры ядро-оболочка).

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности осуществления сканирования боковых стенок 3-D нанообъектов и наноколодцев по координате Z с одновременным сочетанием комбинаций точечного теплового, магнитного, и электромагнитного с оптической длиной волны воздействия с одновременным измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования с координатами X, Y, без влияния на соседние участки.

Наиболее близким по технической сущности является зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий кантилевер с магнитопрозрачной зондирующей иглой, вершина которой соединена со сферой, выполненной из полимера с нанометровыми порами, заполненными квантовыми точками и магнитными частицами структуры ядро-оболочка, покрытой защитным полимерным слоем, прозрачным для внешнего электромагнитного источника излучения и излучения генерируемого квантовыми точками структуры ядро-оболочка, внешний источник магнитного поля, в виде плоской микрокатушки, соединенной с выходом ЦАП. Техническим результатом является возможность одновременного сочетания электромагнитного воздействия с измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной точке поверхности объекта диагностирования без влияния на соседние участки (Патент на полезную модель RU 156174 U1, 13.04.2015, G01Q 60/24, G01Q 70/08. Зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка).

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности осуществления сканирования боковых стенок 3-D нанообъектов и наноколодцев по коодинате Z с одновременным сочетанием комбинаций точечного теплового, магнитного, и электромагнитного с оптической длиной волны воздействия с одновременным измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования с координатами X, Y, без влияния на соседние участки.

Отличие предлагаемого технического решения от изложенных выше решений заключается в том, что магнитопрозрачная полимерная сфера соединена с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой через двухслойную углеродную нанотрубку, что позволяет осуществлять оптическое стимулирование, при линейном перемещении с минимальным трением по электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей игле, под управлением магнитного поля создаваемого плоской микрокатушкой, без отрыва электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы от контролируемой точки наноструктуры. Возможность опускания и подъема магнитопрозрачной полимерной сферы с квантовыми точками структуры ядро-оболочка в наноколодцы исследуемых наноструктур позволяет сканировать труднодоступные боковые стенки и анализировать изменение механических свойств дна наноколодцев при воздействии на тот или иной точечный облучаемый участок боковой стенки. Приближение или удаление сферы с квантовыми точками к диагностируемой поверхности позволяет обнаружить эффекты резонансного безызлучательного переноса энергии при оптическом возбуждении и механическом съеме информации, например при диагностировании оптомеханических структур в наноэлектроннике или исследовании механических откликов на оптическое стимулирующее воздействие на микробиологические структуры в оптогенетике.

Техническим результатом является возможность осуществления сканирования боковых стенок наноколодцев, 3-D нанообъектов, приближение или удаление точечного стимулирующего воздействия к поверхности диагностируемого 2-D нанообъекта, при одновременном сочетании воздействия на диагностируемый объект магнитного, теплового и электромагнитного в оптическом диапазоне волн излучения, с одновременным измерением механической реакции (модуля упругости) на это стимулирующее воздействие в одной общей точке поверхности объекта диагностирования с координатами X, Y, без отрыва, смещения, нарушения механического контакта вершины зондирующей иглы и без влияния на соседние участки.

Технический результат предложенного изобретения достигается совокупностью существенных признаков, а именно: сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий магнотопрозрачные кантилевер с зондирующей иглой, вершина которой соединена с магнитопрозрачной полимерной сферой, с нанометровыми конусообразными порами наименьшего диаметра которые заполнены квантовыми точками структуры ядро-оболочка, покрытой защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, внешний источник возбуждения квантовых точек, внешний источник магнитного поля, в виде плоской микрокатушки, соединенной с выходом ЦАП, магнитопрозрачную полимерную сферу со сквозными нанометровыми порами малого и большого диаметра, заполненные соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, двухслойную углеродную нанотрубку состоящею из подвижной однослойной углеродной нанотрубки большего диаметра, длинной равной диаметру магнитопрозрачной полимерной сферы со сквозными нанометровыми порами и вложенную в нее с зазором приближенно равным расстоянию между слоями кристаллического графита, однослойную углеродную нанотрубку меньшего диаметра, длиной равной максимальной глубине сканируемых боковых стенок наноколодцев, причем внутренняя поверхность вложенной углеродной нанотрубки малого диаметра, жестко соединена с внешней поверхностью выполненной электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы, а внешняя поверхность внешней подвижной углеродной нанотрубки большего диаметра продета и жестко закреплена в одной из нанометровых сквозных пор малого диаметра магнитопрозрачной полимерной сферы, причем одноименные полюса всех магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка размещенных в ней ориентированы в одном направлении и расположены параллельно вершине электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где представлен сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка. На фиг. 2 представлен выносной элемент А (10:1) в увеличенном масштабе и в разрезе, поясняющий конструкцию сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка.

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка фиг. 1 состоит из: магнитопрозрачного кантилевера 1, соединенного с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2, вершина которой продета во внутреннию поверхность внутренней углеродной нанотрубки малого диаметра 9, внешняя поверхность которой продета во внутреннею поверхность внешней углеродной нанотрубки большего диаметра 10 (образующие в совокупности наноподшипник скольжения в виде двухслойной углеродной нанотрубки 8), внешняя поверхность которой продета в одну из сквозных пор 4 малого диаметра магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с нанометровыми сквозными порами малого 4 диаметра, и с нанометровыми сквозными порами большого 5 диаметра.

Элементы 1, 2, 3, 8 выполнены магнитопрозрачными (магнитодиэлектрическими), что достигается отсутствием в их структурах ферромагнитных примесей. Нанометровые сквозные поры малого 4 диаметра заполнены сферическими квантовыми точками 6 структуры ядро-оболочка, возбуждение которых осуществляется внешним источником возбуждения квантовых точек 14 с длиной волны излучения (например, лазерным диодом), расположенным у основания магнитопрозрачного кантилевера 1 с направлением излучения, ориентированным на центр магнитопрозрачной полимерной сферы 3. Нанометровые сквозные поры большого 5 диаметра заполнены сферическими магнитными 7 наночастицами структуры ядро-оболочка.

Ядро каждой сферической магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка состоит из магнитожесткого материала, а внешняя оболочка сформирована из магнитомягкого материала. Управление перемещением (вверх или вниз) магнитопрозрачной полимерной сферы 3 относительно объекта диагностирования 18 осуществляется за счет взаимодействия постоянного магнитного поля сферических магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка с изменяющимся (по величине и вектору направления) магнитным полем, создаваемым плоской 15 микрокатушкой, расположенной над основанием электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей 2 иглы и состоящей из одного или нескольких спиралевидных витков, выводы которых, соединены с выходом цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 16. Тип используемого ЦАП 16 (его разрядность и быстродействие) определяется диапазоном проводимых диагностических исследований.

Также на фиг. 1 представлена подложка 17 с размещенным на ней диагностируемым объектом 18 в момент соприкосновения его с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 (элементы 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13) приведены в увеличенном масштабе на фиг. 2).

На выносном элементе А (10:1) фиг. 2 представлены элементы в разрезе, где магнитопрозрачная полимерной сфера 3, с нанометровыми сквозными порами 4 меньшего диаметра, заполненными сферическими квантовыми точками 6 структуры ядро-оболочка, нанометровые сквозные поры большого 5 диаметра заполнены сферическими магнитными 7 наночастицами структуры ядро-оболочка.

На вершине магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 выполненной электропроводящей с целью исключения электризации, жестко закреплена полимерная сфера 11 с конусообразными нанопорами наименьшего диаметра 12 заполненными квантовыми точками 13 структуры ядро-оболочка наименьшего диаметра с длиной волны излучения λ3.. Эта сфера служит для точечного неразрушающего механического зондирования, например, участков мембран клеток, дна наноколодцев при исследовании их оптомеханических свойств.

Магнитопрозрачная полимерная сфера 3 соединена с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2, через двухслойную углеродную нанотрубку 8 структуры типа «русская матрешка» (russian dolls) представляющую совокупность коаксиально вложенных друг в друга однослойных углеродных нанотрубок 9 и 10 с расстоянием между соседними графитовыми слоями (межтрубочное расстояние) близким к величине (приближенно равным) 0,34 нм, при котором силы Ван-дер-Ваальса минимальны. Вложенные одна в другую однослойные углеродные нанотрубоки 9, 10 образуют наноподшипник скольжения для перемещения магнитопрозрачной полимерной сферы 3 по электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей 2 игле с минимальным трением на расстояние равное максимальной глубине исследуемых наноколодцев. Внутренняя поверхность вложенной углеродной нанотрубки малого диаметра 9 соединена с поверхностью электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2, а внешняя поверхность внешней углеродной нанотрубки большего диаметра 10 продета и закреплена в одной из нанометровых сквозных пор меньшего диаметра 4 магнитопрозрачной полимерной сферы 3, покрытой защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем. Длинной углеродной нанотрубки 9 определяется диапазон (ΔZ) сканирования боковой поверхности наноколодцев объекта диагностирования 18 и максимальное расстояние удаления магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с излучающими элементами от подложки 17 по координате Z.

Минимальный диаметр магнитопрозрачной полимерной сферы 3 определяется минимальным количеством легированных в нее сферических квантовых точек 6 структуры ядро-оболочка и сферических магнитных наночастич 7 структуры ядро-оболочка, образующие в совокупности подвижный нанокомпозитный излучающий элемент. Минимальный диаметр магнитопрозрачной полимерной сферы 11 определяется минимальным количеством легированных в нее сферических квантовых точек 13 наименьшего диаметра структуры ядро-оболочка образующие в совокупности неподвижный нанокомпозитный излучающий элемент. Параметры электромагнитного излучения подвижного (магнитопрозрачная полимерная сфера 3) и неподвижного (магнитопрозрачная полимерная сфера 11) нанокомпозитного излучающего элемента определяются классом диагностируемого объекта 18. Стрелками указываются направления входящего λ1 и преобразованного λ2 и λ3 по длине волны излучения, где λ1 - длина волны внешнего электромагнитного излучения для возбуждения квантовых точек, вызывающего их люминесценцию, λ2 - длина волны люминесценции квантовой точки, смещенной на стоксовый сдвиг относительно длины волны λ1. λ3 - длина волны люминесценции квантовой точки, смещенной на стоксовый сдвиг относительно длины волны λ1 или λ2. Стрелками с символом

(вектор магнитной индукции) показано направление магнитных силовых линий внешнего магнитного поля создаваемого плоской 15 микрокатушкой. Внешнее магнитное поле осуществляет притяжение или отталкивание магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка закрепленных в корпусе магнитопрозрачной полимерной сферы 3, которая в свою очередь перемещает закрепленные в ней квантовые точки 6 при взаимодействии разнополярных или однополярных магнитных полей. Двунаправленной стрелкой с символом ΔZ показан примерный диапазон сканирования боковых стенок наноколодцев по координате Z объекта диагностирования 18.

В зависимости от видов объектов диагностирования, методов диагностирования (например, диагностирование магнито-оптоэлектронных наноструктур или магнито-термо-светочувствительных наноструктур биологических объектов), используемые для легирования сферические квантовые точки 6 структуры ядро-оболочка могут быть как со стоксовым, так и антистоксовым сдвигом длины волны электромагнитного излучения относительно внешнего источника возбуждения квантовых точек 14 (т.е. длина волны λ1 больше λ2, λ3 или λ1 меньше λ2, λ3). Это условие обусловлено требованием помехозащищенности, тем, чтобы λ1 находилась вне диапазона длин волн, на которые реагируют все исследуемые участки диагностируемого объекта 18, а стимулирование диагностируемого объекта 18 осуществлялось только излучением сферических квантовых точек 6 структуры ядро-оболочка с длиной волны λ2, и излучением квантовых точек 13 стуктуры ядро-оболочка с длиной волны λ3, которая вызывает изменение модуля упругости отдельных локальных участков диагностируемого объекта 18 в непосредственной близости от точки соприкосновения магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с объектом диагностирования 18.

Длина волны поглощения λ1 каждой сферической квантовой точкой 6 структуры ядро-оболочка и длина волны излучения λ2 и λ3 каждой сферической квантовой точки 6 структуры ядро-оболочка и каждой сферической квантовой точки 13 структуры ядро-оболочка определяется ее диаметром (в основном от 2 до 20 нанометров), сочетанием материала ядра и материала оболочки, их составом, спектром пропускания защитной прозрачной полимерной пленки и технологией изготовления самой квантовой точки структуры ядро-оболочка. Длина волны электромагнитного излучения квантовых точек, направленная на объект диагностирования, может находиться как в оптическом диапазоне, так и за его пределами, от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного излучения.

Ядро каждой сферической квантовой точки 6 структуры ядро-оболочка может, например, включать, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, состоящей из CdSe, CdS, ZnS, ZnSe, CdTe, CdSeTe, CdZnS, PbSe, AgInZnS, и ZnO, но не ограничивается ими. Оболочка каждой сферической квантовой точки 6 структуры ядро-оболочка может включать в себя, по крайней мере, один материал, выбранный из группы, состоящей из CdSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, PbS, TiO, SrSe, и HgSe, но этими вариантами не ограничивается.

Ферромагнитное ядро сферической магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка может, например, включать по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из Fe, Со, Ni, FeOFe₂O₃, NiOFe₂O₃, CuOFe₂O₃, MgOFe₂O_3, MnBi, MnSb, MnOFe₂O₃, CrO₂, MnAs, SmCo, FePt, или их комбинации но не ограничивается ими. Размер ядра одной сферической магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка может варьироваться от 3 нм до 20 нм. Внешняя оболочка (окружающая магнитный сердечник) сферической магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка сформирована из магнитомягкого или суперпарамагнитного материала, например, может включать по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из Fe₃O₄, FeO, CoFe₂O_4; MnFe₂O₄, NiFe₂O_4; ZnMnFe₂O₄, или их комбинации, но не ограничивается ими. Внешняя оболочка может иметь толщину в диапазоне от 0,5 нм до 3 нм. Внешняя оболочка защищает ядро от окисления и повышает магнитные свойства сферической магнитной наночастицы 7 структуры ядро-оболочка и может покрываться дополнительной биосовместимой оболочкой, что в свою очередь защищает исследуемый биологический диагностируемый объект 18, при частичном повреждении общей защитной оболочки магнитопрозрачной полимерной сферы 3.

Для осуществления изобретения могут быть использованы, например известные технологии изготовления магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка (Patent Application Publication Pub. No.: US 20130195767 A1 Pub. Date: Aug. 1, 2013, MAGNETIC NANOPARTICLES); (Patent Application Publication Pub. No.: US 20140225024 A1 Pub. Date: Aug. 14, 2014 (CORE-SHELL STRUCTURED NANOPARTICLE HAVING HARD-SOFT, MAGNETIC HETEROSTRUCTURE, MAGNET PREPARED WITH SAID NANOPARTICLE, AND PREPARING METHOD THEREOF); (Patent Application Publication Pub. No.: US 20130342297 A1 Pub. Date: Dec. 26, 2013 MAGNETIC EXCHANGE COUPLED CORE-SHELL NANOMAGNETS).

Для осуществления изобретения кроме классических квантовых точек структуры ядро-оболочка могут быть использованы и ядро-многооболочные квантовые точки (Patent Application Publication Pub. No.: US 20120315391 A1 Pub. Date: Dec. 13, 2012, QUANTUM DOTS HAVING COMPOSITION GRADIENT SHELL STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF).

Изготовление излучающего элемента осуществляется легированием магнитопрозрачной полимернойной сферы 3 сферическими магнитными 7 наночастицами структуры ядро-оболочка и сферическими квантовыми точками 6 структуры ядро-оболочка и выполняется за счет проникновения сферических магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка в нанометровые поры 5 большого диаметра и, затем, за счет проникновения сферических квантовых 6 точек структуры ядро-оболочка в оставшиеся не заполненными нанометровые поры меньшего 4 диаметра магнитопрозрачной полимерной сферы 3. Легирование магнитопрозрачной полимерной сферы 11 осуществляется за счет заполнения конусообразных сфер наименьшего диаметра квантовыми точками наименьшего диаметра структуры ядро-оболочка. Например, процесс легирования может осуществляться по технологии известного метода за счет погружения элемента из стекла с нанометровыми порами в раствор из двух или более квантовых точек с последующей сушкой на воздухе и заполнением оставшихся между квантовыми точками пустот смолой (Patent Application Publication Pub. No.: US 20130011551 Al Pub. Date: Jan. 10, 2013, QUANTUM DOT-GLASS COMPOSITE LUMINESCENT MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF).

Вершина электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы 2 может быть реализована, например, по известной технологии выращивания металлических зондов для атомно-силовых микроскопов из нанопроволки (Patent №._: US 8168251 В2 date of Patent: May 1, 2012 METHOD FOR PRODUCING TAPERED METALLIC NANOWIRE TIPS ON ATOMIC FORCE MICROSCOPE CANTILEVERS).

Многослойная углеродная нанотрубка 8 состоящая из однослойной нанотрубки 9 малого диаметра вложенной в однослойную нанотрубку большего диаметра 10 (в совокупности, используемые в качестве наноподшипника скольжения) может быть соединена с иглой при помощи атомно-силового микроскопа или изготовлена выращиванием на электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей игле 2 при помощи известной технологии выращивания многослойной углеродной нанотрубки (используемой в качестве наноподшипника), непосредственно на оси вращения ротора НЭМС (нано электромеханической системы) электродвигателя или гироскопа с наружным диаметром внешней углеродной нанотрубки от 10 нм (Patent №.: US 8771525 В2, Date of Patent: Jul. 8, 2014, ROTARY NANOTUBE BEARING STRUCTURE AND METHODS FOR MANUFACTURING).

Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом, на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка работает следующим образом: магнитопрозрачный кантилевер 1 с электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглой 2 на вершине которой закреплена магнитопрозрачная полимерная сфера 11 подводится к объекту диагностирования 18, расположенному на подложке 17, и надавливает на поверхность наноструктурированного участка объекта диагностирования 18, получая данные о механической реакции (модуле упругости) наноструктуры объекта диагностирования 18, до включения и после включения внешнего источника возбуждения квантовых точек 14 с длиной волны λ1. В результате сферические квантовые точки 6 структуры ядро-оболочка возбуждают поверхность диагностируемого объекта 18 излучением длинной волны λ2, λ3 определенной в зависимости от выбранного материала сферической квантовой точки 6, 13 структуры ядро-оболочка и соотношения диаметра ядра к толщине окружающей его оболочки. В зависимости от требуемых режимов, диагностирование может проходить как в непрерывном режиме люминесценции, так и в импульсном режиме флуоресценции (т.е. освещение локального участка объекта диагностирования только излучением λ2 и λ3 квантовых точек в интервале, равному времени их флуоресценции, после выключения внешнего источника возбуждения квантовых точек 14 с целью исключения посторонних засветок и помех).

Одновременно на вход ЦАП 16 подается двоичный код, который в зависимости от выбранной программы исследований, определяет форму и частоту повторения электрического сигнала поступающего на обмотку плоской 15 микрокатушки создающей внешнее управляющее магнитное поле, направленное на центр перемещаемой по координате Z магнитопрозрачной полимерной сферы 3. Магнитные полюса всех магнитных 7 наночастиц структуры ядро-оболочка постоянно ориентированы параллельно электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей игле 2 в совокупности образуют структуру со свойствами постоянного магнита.

Под действием электрического управляющего сигнала, с выхода ЦАП 16 (например, чередующихся импульсов с положительной и отрицательной полярностью, различной амплитудой и длительностью) плоская 15 микрокатушка создает внешнее магнитное поле, (в зависимости от полярности), с тем или иным направлением магнитных силовых линий в соответствии с направлением которых при взаимодействии постоянного магнитного поля магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с переменным магнитным полем создаваемым плоской микрокатушкой 15, в диапазоне ΔZ происходит последовательное перемещение магнитопрозрачной полимерной сферы 3 с квантовыми точками 6 структуры ядро-оболочка вниз или вверх по координате Z, параллельно сканируемой боковой стенки наноколодца объекта диагностирования 18. Это позволяет формировать вложенные одно в другое круговые зоны излучения с различными длинами волн λ2 и λ3 с возможностью управления площадью точечного излучения и расстоянием между источниками излучения λ2 и λ3 и управлять расстоянием между источниками излучения λ2 и объектом диагностирования 18.

Возможность осуществления управления изменением расстояния между излучателем (донором) энергии (квантовыми точками 6 структуры ядро-оболочка) и приемником энергии (акцептором) (диагностируемыми светочувствительными наноструктурами объекта диагностирования 18), позволяет обнаруживать безызлучательный перенос энергии при радиусе взаимодействия меньше чем длина волны излучаемого света. Это позволяет исследовать изменение механических реакций (модуля упругости) опточувствительных наноструктур со спектральным перекрытием спектров излучения и поглощения, в которых на расстояниях от 1 до 10 нм возникает Форстер резонансный перенос энергии (FRET) (Forster (or fluorescence) resonance energy transfer) как в одношаговых, так и в многошаговых эстафетных переходах от донора к акцептору, например в биологии или наноэлектронике.

Предложенная конструкция сканирующего зонда атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом легированным квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, также обеспечивает при сканировании поверхности объекта диагностирования атомно-силовым микроскопом, возможность осуществления съема топологического распределения механической реакции (модуля упругости) на поверхности объекта диагностирования, в зависимости от стимулирующего воздействия определенной длины волны электромагнитного излучения и магнитного поля на каждую точку с координатами X, Y, непосредственно расположенную под вершиной электропроводящей магнотопрозрачной иглы соединенной с полимерной сферой и получить дополнительную информацию при сканировании наноколодцев по координате Z. Это позволяет обнаружить и исследовать отдельные точечные опто-магнито-термо чувствительные участки биологических объектов и наноструктур, изменяющих свои механические свойства при одновременном точечном наноразмерном стимулирующем

воздействии электромагнитного излучения оптического диапазона λ2 и λ3 в сочетании с воздействием постоянным или импульсным магнитным полем или точечным тепловым излучением (нагревом) при различных изменяющихся расстояниях по координате Z между излучающим элементом с длиной волны λ2 и приемной наноструктурой, что ранее невозможно было осуществить известными зондами.

Claims (1)

1. Сканирующий зонд атомно-силового микроскопа с нанокомпозитным излучающим элементом на основе квантовых точек и магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, включающий магнитопрозрачные кантилевер с зондирующей иглой, вершина которой соединена с магнитопрозрачной полимерной сферой с нанометровыми конусообразными порами наименьшего диаметра, которые заполнены квантовыми точками структуры ядро-оболочка, покрытой защитным оптомагнитопрозрачным полимерным слоем, внешний источник возбуждения квантовых точек, внешний источник магнитного поля в виде плоской микрокатушки, соединенной с выходом ЦАП, отличающийся тем, что содержит магнитопрозрачную полимерную сферу со сквозными нанометровыми порами малого и большого диаметра, заполненными соответственно квантовыми точками и магнитными наночастицами структуры ядро-оболочка, двухслойную углеродную нанотрубку, состоящую из подвижной однослойной углеродной нанотрубки большего диаметра, длиной, равной диаметру магнитопрозрачной полимерной сферы со сквозными нанометровыми порами и вложенную в нее с зазором приближенно равным расстоянию между слоями кристаллического графита, однослойную углеродную нанотрубку меньшего диаметра, длиной, равной максимальной глубине сканируемых боковых стенок наноколодцев, причем внутренняя поверхность вложенной углеродной нанотрубки малого диаметра жестко соединена с внешней поверхностью выполненной электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы, а внешняя поверхность внешней подвижной углеродной нанотрубки большего диаметра продета и жестко закреплена в одной из нанометровых сквозных пор малого диаметра магнитопрозрачной полимерной сферы, причем одноименные полюса всех магнитных наночастиц структуры ядро-оболочка, размещенных в ней, ориентированы в одном направлении и расположены параллельно вершине электропроводящей магнитопрозрачной зондирующей иглы.

   

Images