Kálmán Erika

A delhi vasoszloptól a molekuláris építészetig - a kémia új perspektívája

V. Molekuláris építészet felületeken

Napjainkban fontos területté vált a szilárdtestek felületének módosítása, funkcionalizálása.
A világ számos országában foglalkoznak ilyen kutatással, hazánkban több egyetemen (szegedi, debreceni és budapesti) és az akadémiai kutatóhálózat néhány intézetében is.
A felületek tulajdonságai befolyásolják eszközeink hatékonyságát (súrlódás, korrózióállóság stb.), és hatással lehetnek processzoraink méreteinek csökkenthetőségére is. Célszerű módosításukkal hatékonyabb, sőt új eszközöket is készíthetünk. A módosításhoz felhasználhatjuk új eszközeinket, vagy kihasználhatjuk a felületi atomok és molekulák között kialakuló új kötéseket, a felületen molekuláris filmet létrehozva módosíthatjuk a tömbi fázis tulajdonságait.

A pásztázó tűszondás mikroszkópokról már korábbi előadásokban is volt szó (lásd Mihály György és Gyulai József előadását). Én azt szeretném hangsúlyozni velük kapcsolatban, hogy ezek a nanométeres világról képet adó berendezések bizonyos értelemben maguk is nanoeszközök. E mikroszkópok közös jellemzője, hogy egy speciálisan kialakított tű alakú szondát atomi méretű lépésekkel mozgatunk a vizsgált felülettől igen kis távolságra, mintha csak egy miniatürizált lemezjátszótűvel tapogatnánk le a felületet.

Animáció: STM és AFM működése

A letapogatás során mérjük a tű és a felület között fellépő kölcsönhatásokat, amely kölcsönhatások nagyságát a felület mentén ábrázolva megkaphatjuk a felület atomi szintű morfológiáját. A mért kölcsönhatások fajtájától függően beszélünk a különböző típusú pásztázó tűszondás (SPM) mikroszkópokról. A pásztázó alagútmikroszkóp (STM) esetében például a tű és a felület között folyó alagútáramot mérjük, az első ilyen berendezés megalkotásáért G. Binnig és H. Rohrer 1986-ban fizikai Nobel-díjat kapott. Ennek a mikroszkópnak a továbbfejlesztett változata az atomerő-mikroszkóp (AFM), amelyben egy mechanikus rendszer érzékeli az atomi vonzó és taszító kölcsönhatási erőket, a vele összeköttetésben lévő lézeroptikai rendszer jeleiből pedig rekonstruálható a felület atomi mintázata.