Петров Андрей Сергеевич, аспирант кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики
50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Andrey S. Petrov, Post-Graduate Student of the Department of Nanotechnologies, Microelectro- nics, General and Applied Physics
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Кузьменко Александр Павлович, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий
50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Alexander P. Kuzmenko, Dr. of Sci. (Physics and Mathematics), Professor, Chief Researcher of the Regional Center for Nanotechnology
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Мамонтов Владимир Александрович, аспирант кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики
50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Vladimir A. Mamontov, Post-Graduate Student of the Department of Nanotechnologies, Microelectronics, General and Applied Physics
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Сизов Александр Семёнович, доктор физико-математических наук, профессор
50 лет Октября 94, г. Курск 305040
Aleksander S. Sizov, Dr. of Sci. (Physics and Mathematics), Professor, Southwest State University
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Цель исследования. Разработать, изготовить устройство на основе пьезоактюатора для механического деформирования образцов в процессе атомно-силовых микроскопических исследований и изучить эволюцию наноструктурированных поверхностей на опытных и модельных образцах.
Методы. Измерения перемещения пьезоактюатора емкостным методом; исследование поверхности на конфокальном микроскопе; формирование исследуемых пленок методом магнетронного распыления; исследования топографии поверхности образцов на атомно-силовом микроскопе.
Результаты. Изготовлена тестовая модель устройства, встроенного в атомно-силовом микроскопе, для изучения деформирования (сжатия) образцов с помощью пьезоактюатора. Тестирование возможностей устройства проведено с помощью конфокального микроскопа. Достигнуто пространственное разрешение устройства, составившее D±∆D = (1,071±0,160) мкм (точность 15 %), что позволило обнаружить деформацию поверхности закрепленного образца. С учетом самой высокой среди металлов температуры перехода в сверхпроводящее состояние обоснован выбор ниобия в качестве материала для исследования структурных изменений при сжатии магнетронной наноплёнки на подложке в виде металлической пластины, обладающей высокими упругими свойствами, характерной для держателя сенсорной головки HDD. Исследованиями в режиме in situ сжатия магнетронной нанопленки из ниобия на атомно-силовом микроскопе установлены и описаны наноразмерные изменения структуры поверхности ниобиевой нанопленки под воздействием пьезоактюатора.
Заключение. Проведенные испытания в условиях линейного и контролируемого деформирования, совмещенного с микро- и наноструктурными исследованиями в режиме in situ методом атомно-силовой микроскопии, выявили структурные изменения поверхности магнетронной наноплёнки из ниобия, что свидетельствует о включении механизма поверхностного агрегирования нанокластеров, образующих пленку, при выполнении условия (Eсж + Eкл)/Eад 1.
Purpose of the study. To develop and manufacture a device based on a piezoactuator for mechanical deformation of samples during examination with an atomic force microscope. Study of the evolution of nanostructured surfaces using atomic force microscopy under mechanical stress.
Methods. Measurements of the movement of the piezoactuator by the capacitive method; examination of the surface on a confocal microscope; the formation of the studied films by magnetron sputtering; study of the topography of the surface of samples on an atomic force microscope.
Results. A test model of a device built into an atomic force microscope was made to study the deformation (compression) of samples using a piezoactuator. The capabilities of the device were tested using a confocal microscope. The spatial resolution of the device was achieved, which amounted to D±∆D = 1.071±0.160 µm (accuracy 15%), which made it possible to detect deformation of the surface of the fixed sample. Taking into account the highest temperature of transition to the superconducting state among metals, the choice of niobium as a material for studying structural changes during compression of a magnetron nanofilm on a substrate in the form of a metal plate with high elastic properties, which is characteristic of the HDD sensor head holder, is justified. Studies in the in situ compression mode of a niobium magnetron nanofilm using an atomic force microscope established and described nanoscale changes in the surface structure of a niobium nanofilm under the influence of a piezoactuator.
Conclusion. The tests carried out under the conditions of linear and controlled deformation, combined with nano- and microstructural studies in the in situ mode by atomic force microscopy, showed structural changes of the surface of the magnetron nanofilm from niobium, which indicates the activation of the mechanism of surface aggregation of nanoclusters forming the film.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.