Введение к работе
Актуальность тегчгы '-,...
Быстры:! прогресс игтодоэ лаэерзсЗ стевтрссксает, з частпостя лазерное фотсколягапподЕсй спехтросссазз [lj, .дапзогал радикально улуч: шить основные хараятсрзсгшш оізтігчгггол спгхтрсггсзпз хоторпе в ряде случаев достнппг сзоего астествеяпого прздслаі Спектральное л зре-ммщое разрешение, сслйктп2Пост%"дзте^тлр2а:ш'і п. чувствительность
.ііетодсз лазерной спедтросдспш гнгншз за тажсЗ урсзепь, іірл которой іоз«о:кпо пссл«дс2апп_е едяптгпшх атсмоэ п ї.іогсгхул, получеїита ггнфор-
' машш о процессах, происсодгщих їа'зрзііеп&, соотгвтстэугетгла яас*:опь-
Kitii периодам колобаппя гпдшюго езета, п с разрешенном, превесходз-
хшзд яедяерозегсузэ ширину cresrpwaracr яятаій. Проблема ;:ср увеялче-
» пая пространстаеягтго разрешения кгтодез елтпчгской спгзтросЕсігпп
ссе еш.ї остается актуальней, поскольку достигнутое разрешение; sax
пргглпяо, сграяапепо длппой г.епшд рлдпкего егета.
С другой стероли, методы прсехшсппсЗ, электронной, сканирующей туннельной я атсшіо-сплсзсй Usspccsonira, обладая зыесхим, вплоть до ігтонарпего, разрешение^, пмезот в То rse время дезольяо пгокуіа химическую селективность [2, 3}.
Бурпо развивающаяся з псскедпле годы.схаяпруюнйя ігахроскопня ближнего пола [і, 5, 6|. поззолжетпрезпейтя дифражцпсягшіі предел разрешения сбышой оптической микроскопия, п.псследеэать поверхность прозрачных образцов с субвелпезыи престрапстгеппьш разрешением (рекордное разрешепие разпЕетсз 12 им [о]). Однако отдельные молеку--лы, на кварцевой подложке, иетодаип сканирующей микроскопия ближнего поля удаётся детектировать с прострапствепньш разрешением лишь в 90-fl60 пм [7, 8,9], и дальнейшее увелячеяие разрешения, пра пеполъзо-
, 3
вашій методов "стандартной" инхроскшнн ближнего поля, представля
ется крайне проблематичным, если вообще возможным, так как даль
нейшее'уменьшение размеров субволнового отверстия, приводит к рез
кому ослаблению интенсивности проходящего через это отверстие света,
и флуоресценция возбуждаемой молекулы падает до нерегистрирусмых
значений. , "
А так как задачея-м&хсимуы в этой области является спектрально-селективное детектирование флуоресцирующих меток, прикреплённых к различным основаниям ДНК (прямое чтение генетической информации), ш для её решения необходимо спектрально-селективно детектировать отдельные молекулы красителей с субнанометрозым пространственным разрешением, то очсбедео, что проблема увеличения пространственного разрешения оптической: спектроскопии в настоящее время ещё да-лека от своего окончательного решения. Следовательно альтернативные подходы к решению данной проблемы представляют большой интерес.
Уже достаточно давно было высказанно предложение [10] созшестить в рамках единого подхода преимущества метода полевой электронной проекционной микроскопии (визуализация эмитируемых с острия иглы микроскопа электронов с пространственным разрешением в несколько нанометров) и лазерной фотоионизационной микроскопии (возможность селективного возбужд«тм электронной эмиссии с определенных участ-' ков острия). То есть в рамках этого "волново-корпускулярного" подхода предпринимается попытка взять высокую спектральную селективность от лазерного излучения, а высокое пространственное разрешение от электронов, де-Бррйагрозскьз дяиаа волны которых много меньше длины волны лазерного излучения.
Первые попытки осуществить селективную фотоионизациы молекул, адсорбированных на остриё иглы автоелектронного микроскопа выяви-
ли значительные трудности сзгзаяные с десорбцией, декомпозицией л
миграцией молекул по поверхности иглы в сильных световых н электри
ческих полях. В связи с этим было высказано предложение попытать
ся осуществить резонансную селективную фотоиопнзапп» поглощающих
лазерное излучение центров иной природы, чем адсорбированные моле
кулы. Речь идет о центрах "жестко" связанных с кристаллической ма
трицей, таких, например, как центры окраски пля примесные поны в.
широкоэонных кристаллах. Так как указанные кристаллы являются ди
электриками, то должен быть изучен вопрос, при каянх условиях такие
материалы могут быть использованы в качестве игл для лазерного фо
тоэлектронного проекционного микроскопа. . \ .
Задачи диссертационной работы
В задачу данной диссертационной работы входило:
а Экспериментальная реализация указанного выше "золново-корпус-кулярного" подхода, то есть осуществление селективной пснїїзаціні различных прпмесных ионоз или дефектов в образце, При ПОМОЩИ лазерного излучения, с последующей регистрацией, с высоким пространственным разрешением, точек эмиссия электропов нз образца.
в Исследование (в качестве первого объекта для визуализации) центров окраски з кристалле LiF. Для этого было необходимо:
Проанализировать возможность нспояьзованин п лазерном фотоэлектронном проекдпоапом мікроскопе игл из диэлектрического (LiF) материала.
Разработать методику получения нгл яз LJF с радиусом іфи-Dinmj мопсе 1 /їм. .
Визу&лизоватъ отдельные центры окраски в образцах LiF.
исследовать контрольные образцы с много большей и иного кеныпей концентрацией центров окраски.
о Исследование возможности вазуализации примесных ионов Sm2+ в кристалле CaF2. Б процессе работы с этим объектом по«вились новые задачи:
- Исследование ваэкожнэстз: использования CaF2:Sm2+ покры
тие на зсреишшзых иглах для улучшения характеристик авто-
зяектроаксй эшгссыа: с т&гсях кг л.
- Исследование возможности создания нового типа одноатомного
источника электронов, ей осеозє резонансного туннелирования
электронов из Si Era (р-тжпа) сквозь тонкую эпнтакспальную
плёнку CaF2 поарытиа, через уровен примесного иона в этом
ПОЗфЫГЕЕ.
- Анализ шаиожЕОСтш создазга на оснозе одноатомного ксточ-
. кика .электронов сказЕрузощгго электуоннс-флуоресцеятнып
спектрсмизсросЕопа с субнакогетрозым пространственным разрешением.
Научная новизна и праатачесааа деавосгг» работы
е Впервые на лазерном фотоэлектронном проекционном микроскопе
Есследовалгсь иглы из диэлектрзчесхого (LiF) материала.'
е> Впервые визуализовань: едпнгчЕые Рг центры окраски „на новерх-лості: LiF иглы (с Ерзстрапстьгс.ійіК у.глрезіевжіі в 30 км).
» Впервые наблюдались эффекты термической огранки кристалла LiF (с большой концентрацией центров окраски) при нагреве кристалла, находящегося в сильном электрическом поле, лазерным из- лучением до предрасплавлеансго состояния.
ф Впервые предложение CaF2:Sm2+ покрытие для улучшения эммеся-' онных характеристик кремниевых игл. Экспериментально показано, что такое покрытие действительно улучшает характеристики автоэлектронной эмиссии с хреодтеэых игл.
* Впервые предложен новый тип одноатомного источника электронов, на основе резонансного тузнелирсеаяш электронов из Si игл (р-типа) сквозь тонкую зпитахсяальнузз плёнку CaFj покрытия, через уровни примесного- иона а этом покрытии. Первые эксперименты подтверждают возможность реализация такого источника.
в Впервые предложен сканирующий электронно-флуоресцентный спек-тромикроскоп с одноатомнкм источником электронов в качестве активного элемента. Пространственное разрешение этого спехтроми-
кроскопа может достигать субкаяометровых значений.
Основные положения, зыЕослмые на защиту
а Экспериментальные результаты по аизуалазацпи Fj центров окраски на поверхности LiF иглы.
в Экспериментальные результаты гго наблюдению эффектов термической огранки кристалла Li? (с большей концентрацией центров окраски) при нагреве кристалла, находящегося в сильном электрическом поле, лазерным получением до предрасалаэленного состояния.
в Предложенное CaF2:Sm2+покрытие улучшает эмиссионные характеристики кремниевых вгл.
Апробации работы . -
Материалы диссертации докладывались иа конференциях:
Twelfth International Conference on Laser Spectroscopy (1995 — Island of
Capri, Italy).
15th International Conference oa Coherent and Nonlinear Optics (1995 —
St.Petersburg, Russia).
42nd International Field Emission Symposium (1996 — Madison,- USA).
International Simposium: Modern Problems of Laser Physics (1995 —
Novosibirsk, Russia). ' .
Lasersymposium (1996 — Bonn, Germany).
43rd International Field Emission-Symposium (1996 — Moscow, Russia).
Eighth International Symposium oe Resonance Ionization Spectroscopy and
Its Applications (RIS-96) (19S6 — State College, Pennsylvania).
XX International Quantum Electronics Conference (IQEC9C) (1996 —
Sydney, Australia). -
Публикации
Основные результаты диссертации были опубликованы в С печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура в объем работы -
Диссертация состоит из Евгдезнг, двух глав е заключена». Общий объем составляет 106. страниц, аключад 26 рисунков, одну таблицу п библиографию та 107 пунктов.
8 . "