• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
1460
Раздел: Науки о Земле

«Месторождения» на поверхности кристалла

Однажды Вольфганг Паули, великий швейцарский физик-теоретик, в сердцах сказал, что «Бог создал объем, а поверхность – порождение Дьявола». И действительно, хотя объемные свойства большинства материалов были достаточно хорошо изучены уже к середине прошлого века, подлинное рождение физики поверхности состоялось лишь в 1960-х гг., во многом благодаря появлению высокочувствительной электронной микроскопии, позволяющей регистрировать химические соединения на поверхности твердого тела. Сейчас это молодое научное направление в мире быстро развивается, находя себе множество теоретических и практических приложений в самых разных областях знания, от физики полупроводников до минералогии

На первый взгляд поверхность многих кристаллов выглядит ровной, буквально идеальной. На самом деле это далеко не так, но увидеть реальную картину «невооруженным» взглядом практически невозможно.

Для изучения поверхности минеральных кристаллов, а также физико-химических факторов ее формирования сегодня используется множество методов и инструментов: оптическая и электронная микроскопия, сканирующая зондовая микроскопия, рентгеновская дифрактометрия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и др. В нашей работе для исследования тонкой структуры поверхности мы используем два прибора, которые взаимно дополняют друг друга: сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) и атомно-силовой микроскоп (АСМ).

Открываем новые грани

Перед началом исследования отбирают красивые, ровные кристаллы определенных минералов из природных образцов либо из экспериментальных ростовых установок, которые в дальнейшем распределяются на специальной проводящей подложке. Затем эта подложка загружается в сканирующий электронный микроскоп, из него откачивается воздух, и уже через 5—7 минут при достижении требуемого вакуума кристалл можно увидеть в «новом свете» в буквальном смысле этого слова.

Можно рассмотреть его как целиком, так и в мельчайших деталях, включая дефекты или причудливые микро- и наноразмерные узоры на его поверхности. И это далеко не все: в микроскопе имеется встроенный энергодисперсионный рентгеновский детектор, благодаря которому можно определить элементный состав в любой точке и на любом участке кристалла. Таким образом, мы получаем не просто картинку из микромира, где видны все характерные формы и детали кристалла, но и определяем, из чего «сделан» наш кристалл и узоры на его поверхности. Согласитесь, картина для исследователя становится куда более полной.

Сканирующий электронный микроскоп Quanta 200 с приставкой для рентгеновского микроанализа EDAX производства FEI Company (США). Так выглядит в сканирующем электронном микроскопе формирование плоской грани кристалла магнетита. Ступенька роста состоит из пирамидок, ориентированных определенным образом. Эти микрокристаллиты образуются из наноразмерных предшественников-прекурсоров. Их состав, как и состав «чистой» поверхности, не соответствует магнетиту или гематиту, а является оксигидроксидным, возможно, близким к гидромагнетиту

Но часто бывает и так, что для ответа на вопрос «как и почему именно так все происходит?» возможностей СЭМ не хватает. Тогда на помощь приходит другой инструмент исследователя – ​атомно-силовой микроскоп,...

comments powered by HyperComments