Наноструктурированные зонды для сканирующей силовой микроскопии: создание, исследование, применение тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.01, кандидат наук Жуков Михаил Валерьевич

• Жуков Михаил Валерьевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Жуков Михаил Валерьевич

Список сокращений

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Нановискерные структуры и методы их роста

1.2. Специализированные зонды в сканирующей зондовой микроскопии

1.3. Метрологическая обеспеченность СЗМ измерений

Глава 2. Технология изготовления наноструктурированных зондов

2.1. Зонды с металлуглеродными Pt/C нановискерами, нановискерами с N1/00 магнитным покрытием и углеродными нанопластинами

2.2. Зонды на основе гидроксиапатита кальция

2.3. Зонды-пипетки с наносферами

2.4. Выводы по главе

Глава 3. Тестирование наноструктурированных зондов

3.1. Тестирование зондов с металлуглеродными нановискерами в воздушной и жидкой средах

3.2. Зонды c углеродными наноскальпелями: литография, надрезание мембран клеток и манипулирование объектами

3.3. Тестирование нановискеров и нанопластин на механическую устойчивость59

3.3.1. Измерение модуля Юнга углеродных нановискеров

3.3.2. Расчет критической силы и тестирование нановискеров и нанопластин на механическую устойчивость

3.4. Зонды c магнитными нановискерами

3.4.1. Моделирование поведения магнитных зондов в магнитном поле

доменных структур

2

3.4.2. Визуализация карт магнитных полей на доменных структурах

3.5. Тестирование зондов с гидроксиапатитом

3.6. Тестирование зондов-пипеток с наносферами: совмещение методов сканирующей силовой микроскопии и сканирующей микроскопии ионной проводимости

3.7. Выводы по главе

Глава 4. Применение наноструктурированных зондов

4.1. Использование наноструктурированных зондов в области биологии

4.1.1. Изучение нативных и высушенных клеточных структур в различных средах зондами с нановискерами

4.1.2. Надрезание мембран клеток с помощью наноскальпелей

4.1.3. Изучение аортального стеноза клапана сердца с использованием зондов с гидроксиапатитом

4.1.4. Изучение клеток CHO с помощью зондов с нановискерами и зондов-пипеток

4.2. Использование наноструктурированных зондов в области наноэлектроники

4.3. Использование зондов с нановискерами для устранения артефакта инверсии изображения в сканирующей силовой микроскопии

4.4. Выводы по главе

Заключение

Список литературы

Приложение А. Перечень профильных предприятий и академических

институтов, с которыми осуществлялось сотрудничество

Приложение Б. Акт о внедрении

Список сокращений

GIS - gas injection system (система напуска газов)

PBS - phosphate buffered saline (натрий-фосфатный буфер)

АСМ - атомно-силовая микроскопия

ВАХ - вольт-амперная характеристика

ГА - гидроксиапатит (кальция)

КЛСМ - конфокальная лазерная сканирующая микроскопия МПЭ - молекулярно-пучковая эпитаксия НВ - нановискер НП - нанопипетка НС - наноскальпель

ПЖК - модель роста «пар-жидкость-кристалл»

ПК - поликарбонат

ПММА - полиметилметакрилат

ПЭМ - просвечивающий электронный микроскоп

СЗМ - сканирующий зондовый микроскоп

ССМ - сканирующая силовая микроскопия

СМИП - сканирующая микроскопия ионной проводимости

СЭМ - сканирующий электронный микроскоп

ФЭП - фокусированный электронный пучок

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Наноструктурированные зонды для сканирующей силовой микроскопии: создание, исследование, применение»

Актуальность темы

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) успешно применяется как метод изучения микро- и наноразмерных объектов как в научных исследованиях, так и в наноиндустрии. В основе СЗМ метода лежит детектирование разнообразных сигналов, возникающих в результате прецизионного взаимодействия сверхострого твердотельного зонда с объектом исследования. В зависимости от природы взаимодействия и вида детектируемого сигнала различают: сканирующую туннельную микроскопию (СТМ), сканирующую силовую микроскопию (ССМ), сканирующую ближнепольную оптическую микроскопию (СБОМ), сканирующую микроскопию ионной проводимости (СМИП), и т.п. При этом наибольшее распространение получил метод ССМ благодаря возможности проводить измерения практически в любых средах и на любых объектах. В основе ССМ лежит детектирование локальной силы между зондом и образцом, при этом вклад в силовое взаимодействие могут вносить упругие силы, вызванные механической деформацией, силами Ван-дер-Ваальса, трения, адгезии, капиллярными и электромагнитными силами.

Сканирующая силовая микроскопия является относительно новым методом нанодиагностики материалов, активно развивающимся последние (20-30) лет, поэтому в настоящий момент задачи улучшения однозначности, достоверности и воспроизводимости получаемых с помощью ССМ данных являются актуальными. К числу основных проблем, существующих в области ССМ, можно отнести повышение точности измерений в нанометровом диапазоне, расширение функциональных возможностей путем создания новых типов зондов, а также устранение различных артефактов, присущих данному методу.

Получаемое ССМ изображение представляет собой конволюцию (свертку) геометрических параметров зонда и поверхности, поэтому правильный подбор и

учет параметров зондов может решающим образом повлиять на точность измерений и интерпретацию полученных данных.

Варьируя геометрию и материал зондов, можно значительно улучшить разрешение и контраст получаемых ССМ изображений, а также реализовать разнообразные функции, такие как: локальная модификация поверхности (литография), манипулирование микро- и наночастицами, измерение сил адгезии, шероховатости, электрических и магнитных полей, и т.п. Поэтому в последнее время актуальным является создание новых типов специализированных зондов для ССМ, при этом особое внимание уделяется зондам с наноструктурированной поверхностью.

Актуальность создания наноструктурированных зондов обусловлена также наличием конкретных задач в области медицины, наноэлектроники, электрохимии, цитологии, наноматериаловедения и т.п., которые могут быть решены с привлечением метода ССМ.

Цель работы: создание, исследование и апробация наноструктурированных зондов для повышения пространственного разрешения и контраста, расширения функциональных возможностей и достоверности метода сканирующей силовой микроскопии.

Основные задачи работы:

1. Отработка технологии изготовления наноструктурированных зондов: зондов-нановискеров, включая нановискеры с магнитным покрытием, зондов-наноскальпелей, зондов-нанопипеток со сферами и зондов-кластеров с гидроксиапатитом;

2. Расчёт механической прочности и измерение модуля Юнга углеродных нановискеров, формируемых на поверхности зондов. Моделирование силового взаимодействия зондов-нановискеров с магнитным покрытием с магнитными доменами, апробация магнитных зондов-нановискеров на тестовых образцах;

3. Апробация наноструктурированных зондов в воздушной и жидкой средах при исследовании объектов различной природы;

4. Сравнение результатов, полученных с помощью наноструктурированных зондов с результатами, полученными с помощью стандартных зондов, исследование артефактов изображений.

Методы исследования:

Для решения поставленных задач применялись следующие методы: анализ литературных источников, математическое моделирование при помощи программного продукта COMSOL Multiphysics, различные технологические и диагностические методы, статистическая обработка экспериментальных результатов.

Основными технологическими методами были: метод фокусированного электронного пучка (ФЭП), электронно-лучевая литография, травление сфокусированным ионным пучком, осаждение металлических пленок ^^ М) методом электронно-лучевого и магнетронного напыления; химическое и электрохимическое травление, термическое вытягивание макро- и нанопипеток, центрифугирование биологических проб; фиксация биологических объектов с использованием гелеобразующих веществ.

Основными диагностическими методами были: оптическая микроскопия, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия (КЛСМ), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), электронная дифракция, сканирующая силовая микроскопия (ССМ); сканирующая микроскопия ионной проводимости (СМИП).

Научная новизна:

1. Впервые обнаружен и объяснен эффект самоорганизованного распада углеродной пластины, образующейся под воздействием фокусированного электронного пучка на вершине W иглы, на наноструктуру (нановилку) в виде параллельно расположенных одиночных вискеров.

2. Впервые создан и апробирован зонд-кластер с гидроксиапатитом, представляющий интерес для исследований причин возникновения аортального стеноза.

3. Впервые выполнено надрезание клеточных мембран и манипулирование нанообъектами с помощью зондов-наноскальпелей с последующей ССМ-визуализацией результатов локального воздействия с использованием того же зонда.

4. Впервые экспериментально продемонстрировано, что использование зондов с нановискерами устраняет инверсию ССМ-изображений наноканалов и нанопор на гидрофильной поверхности, имеющую место при использований стандартных кремниевых кантилеверов.

5. Впервые созданы и протестированы зонды-нановискеры с магнитным покрытием, показано улучшение контраста и пространственного разрешения при исследовании магнитных структур с помощью таких зондов.

6. Впервые предложена технология совмещения ССМ и СМИП с использованием зондов-пипеток с калиброванными наносферами, позволяющими повысить стабильность в силовом режиме измерений.

Достоверность научных результатов обеспечивается корректностью постановки задач исследования, воспроизводимостью результатов измерений, проведением математического моделирования, статистической обработкой полученных данных, соответствием расчетных и экспериментальных данных, включая исследование тестовых структур с заданными характеристиками и различных объектов органической и неорганической природы. Результаты диссертации представлены на международных и всероссийских конференциях, форумах, ассамблеях и школах, а также опубликованы в журналах и иных публикациях, входящих в базы цитирования ВАК, РИНЦ, Scopus и WoS.

Практическая значимость:

1. Расширена номенклатура зондов, используемых в сканирующей зондовой микроскопии при исследовании объектов различной природы.

2. Зонд-пипетка с наносферой расширяет возможности метода СМИП, позволяя совместить его с методом ССМ.

3. Зонд-кластер с гидроксиапатитом открывает возможность применения ССМ в медицине при исследовании аортального стеноза.

4. Технология создания зондов-нановискеров может быть использована для восстановления ухудшившегося в процессе эксплуатации пространственного разрешения стандартных кремниевых кантилеверов.

Положения, выносимые на защиту

1. Модификация вершин Si кантилеверов платиноуглеродными нановискерами повышает качество силовых изображений по сравнению с изображениями, получаемыми стандартными зондами:

- не менее, чем в 2 раза увеличивается точность определения координат резких перепадов рельефа на поверхности исследуемых образцов;

- устраняется инверсия изображения нанопор и наноканалов и повышается контраст при визуализации гидрофильных поверхностей за счёт проникновения зондов сквозь адсорбированный слой воды;

- не менее, чем в 1,5 раза увеличивается фазовый контраст в режиме магнитной силовой микроскопии при использовании Со покрытий толщиной 50 нм;

2. Модификация вершин Si кантилеверов углеродными нанопластинами позволяет проводить устойчивую силовую литографию с разрешением 50 нм, локальный надрез мембран клеток при постоянной силе воздействия в диапазоне (0,5-7,5) мкН и устойчивое манипулирование наночастицами с размерами менее 300 нм на поверхности подложки.

3. Локализация микрогранулы гидроксиапатита с характерным размером 600 нм на вершине Si кантилеверов позволяет провести измерение сил адгезии гидроксиапатита к субэндотелиальным и эндотелиальным областям сердечного клапана, что открывает новые экспериментальные возможности для изучения природы аортального стеноза.

4. Объединение зонда в виде нанопипетки с пьезорезонансным датчиком силового взаимодействия обеспечивает совмещение режимов силовой

микроскопии и микроскопии токов ионной проводимости. При этом локализация коллоидной наносферы диаметром ~200 нм на вершине нанопипетки с диаметром апертуры ~175 нм улучшает устойчивость и воспроизводимость силовых изображений.

Реализация работы:

Результаты диссертации использовалась при выполнении государственных контрактов в рамках Государственной финансовой поддержки ведущих университетов Российской Федерации (субсидия 074-U01), РФФИ (14-02-31703, 16-32-00806), НИОКР, финансируемые в рамках подготовки магистрантов и аспирантов и централизованных средств Университета ИТМО (№ 615893, 414643), конкурса премии грантов Правительства Санкт-Петербурга 2015 и 2016 гг., а также программы У.М.Н.И.К. (№11698р/17266, № 3132ГУ2/2014).

Апробация работы:

Основные результаты исследований и разработок, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях, форумах, ассамблеях и школах: 2nd/3rd/4th International School and Conference "Saint-Petersburg OPEN 2015/2016/2017", март-апрель 2015-2017 гг.; 2nd/3rd International Theoretical and Practical Conference «Sensorica-2014/2015», октябрь-ноябрь 2014-2015 гг.; V International Scientific conference STRANN, апрель 2016 г.; International conference Physica.SPb/2016, 1-3 ноября 2016 г.; VIII/IX/X Всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах», октябрь 2014-2016 гг.; XLIV/XLV/XLVI научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, февраль 2015-2017 гг.; IV Всероссийский конгресс молодых ученых, 7-10 апреля 2015 г.; Международный научный форум молодых ученых «Наука будущего - наука молодых», сентябрь-октябрь 2015 г. (Россия, г. Севастополь); 18 молодёжная школа «Микро- и нанотехника нового поколения», ноябрь 2015 г.; III Всероссийская научная молодежная конференция «Актуальные проблемы нано- и микроэлектроники», декабрь 2015 г. (Россия, г. Уфа); Междисциплинарная

10

научная конференция "Биология и фундаментальная медицина в Санкт-Петербурге", апрель 2016 г.; 18 всероссийская конференция «Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и наноэлектроника», 28 ноября - 2 декабря 2016 г.; участие в финале ВИК.Нано (Всероссийский инженерный конкурс по нанотехнологиям), 9-15 ноября 2016 г. (Россия, г. Москва); 24-ая/25-ая Международная летняя школа Jyvaskyla Summer School (Финляндия, г. Ювяскюля), август 2014-2015 гг.

Личный вклад автора:

Личный вклад автора заключался в анализе литературных источников по теме диссертации, проведении всех ССМ и СМИП экспериментов, результаты которых приведены в данной работе, большей части экспериментов в СЭМ и оптических измерений. Автор является основным разработчиком всех приведенных типов наноструктурированных зондов, провёл измерение модуля Юнга нановискерных структур статическим методом, активно участвовал в обсуждении и анализе полученных результатов, а также в подготовке и написании статей, тезисов, выступал на конференциях.

Публикации:

Основные результаты диссертации изложены в 34 печатных работах, включая 12 статей в рецензируемых журналах, из которых 9 статей входят в перечень Web of Science и/или Scopus, 3 статьи входят в перечень ВАК.

Структура диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 168 наименований. Текст диссертации изложен на 143 страницах, содержит 78 рисунков и 6 таблиц.

Глава 1. Литературный обзор

Данная глава представляет собой аналитический обзор, посвященный описанию нановискерных структур и методам их формирования, обзору специализированных зондовых датчиков в сканирующей зондовой микроскопии, а также актуальным проблемам в области нанометрологии измерения линейных расстояний в области сканирующей силовой микроскопии.

1.1. Нановискерные структуры и методы их роста

Одним из важных разделов в области современных нанотехнологий является формирование и изучение свойств наноструктур с понижено размерностью, таких, как кристаллические или аморфные наностержни, или нановискеры. Данный факт обусловлен широким применением вискерных структур в области современных технологий, в частности, применением вискеров в наноэлектронике [1, 2], созданием новых типов композиционных материалов на основе нановискерных структур [3, 4], формированием новых конструкций сенсоров для проведения химических и биологических исследований [5, 6], и т.п.

При этом одной из наиболее актуальных областей применения нановискерных структур является сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ), в частности, формирование новых видов наноструктурированных зондов для диагностики и модификации материалов на микро- и наноуровне [7, 8]. Применение нановискеров в СЗМ объясняется рядом важных свойств вискерных структур, к которым можно отнести: высокую жёсткость данных структур ~(4-15) Н/м, большую степень вытянутости структур - высокое аспектное отношение длины структуры к её диаметру ~1/20, а также низкие значения поперечных размеров (~10-100 нм) при высоких значениях продольных размеров структуры ~(0,1-50) мкм [9, 10].

В качестве первых подходов в формировании вискерных структур можно выделить метод газовой эпитаксии [11], основанный на модели роста «пар-жидкость-кристалл» (ПЖК). В модели роста ПЖК нановискерные структуры формируются при определенных значениях температуры и давления на поверхности подложки. На первом этапе роста структуры поверхность активируют частицами катализатора, в качестве которых обычно используют наночастицы золота или титана [12], так как данные материалы могут формировать эвтектические расплавы с невысокой температурой плавления материала до значений ~363 0С [13]. На следующем этапе происходит напыление материала (например, и рост будущего нановискера методами молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) или химическим осаждением из газовой фазы.

Рисунок 1.1. Схематическое описание формирования нановискера по модели роста ПЖК, где: 1 - молекулы газа-прекурсора (Р), 2 - диффузия молекул Р по поверхности, 3 - диффузия твердой фазы Si(s) по поверхности вискера, 4 — диффузия Р по поверхности капли, 5 - диффузия жидкой фазы Si(liq) через объем капли, 6 - диффузия Si(liq) по поверхности капли, 7 - улетучивание побочных продуктов; а - связи Ли, обеспечивающие натяжение капли; Ь - связи Аи, обеспечивающие смачиваемость капли [13].

В процессе роста структуры наночастицы материала активатора (например, Ли) образовывают с наночастицами Si жидкий расплав БьЛи. Согласно модели ПЖК, осаждаемые «из пара» наночастицы Si диссоциируют в жидкой капле расплава, что сопровождается последующей кристаллизацией на границе «жидкость-кристалл» и постепенным ростом вискерной структуры из капли на поднимающемся основании подложки (рисунок 1.1).

Выделяют несколько моделей формирования нановискерных структур: адсорбционно-стимулированное формирование нановискерных структур, которое реализуется при непосредственном поступлении из пара, и диффузионно-стимулированное формирование, при котором формирование нановискерных структур реализуется благодаря диффузии материала с поверхности подложки к стенкам растущего нановискера.

Известны работы по улучшению приведенных методов роста, так, в работе [14] показана возможность понижения количества дислокаций и упрочнению формируемых нановискеров за счет применения метода высокотемпературной МПЭ, а в работе [15] показан механизм пространственной ориентации вискерных структур с применением метода МПЭ.

При формировании нановискеров следует учитывать такие параметры, как температура в камере, натяжение капли расплава, смачиваемость поверхности подложки материалом активатора, состав и концентрация веществ в капле, и т.п. Повышение концентрации растворенного вещества в капле расплава, а также повышение температуры подложки приводит к понижению поверхностного натяжения капли. При этом повышение размеров капли приводит к изменению модели роста от диффузионно-стимулированному к адсорбционно-стимулированному формированию нановискеров [13].

Стоит отметить развивающиеся в последнее время совмещенные методы формирования нановискеров на основе объединения электронно-лучевой литографии и МПЭ [16]. Метод электронно-лучевой литографии позволяет

14

формировать материал катализатора в виде капель (например, Ли) с характерными размерами около 10-150 нм. Последующее формирование нановискерных структур методом МПЭ происходит в основном по диффузионно-стимулированной модели роста ПЖК в областях, облученных электронами методом электронно-лучевой литографии в течении продолжительного времени. Контроль получаемых структур обеспечивается за счет изменения параметров электронно-лучевой литографии.

Таким образом, метод МПЭ является одним из наиболее распространенных методов роста вискеров благодаря возможности формирования больших массивов упорядоченных нановискеров, что находит свое применение в промышленности, однако существуют проблемы при необходимости формирования одиночных упорядоченных нановискеров, что важно, в частности, для создания устойчивых зондовых датчиков в СЗМ [17].

Учитывая данную проблему, был создан новый метод осаждения материала под фокусированным электронным пучком (ФЭП) в камере электронного микроскопа [18], позволяющий формировать одиночные нановискеры с контролем геометрических параметров и угла роста формируемых структур с достаточно высокой точностью. Катализатором роста в методе ФЭП является фокусируемый пучок электронов, который разлагает молекулы газа-прекурсора на нелетучую компоненту, под действием которой происходит рост нановискера, и нелетучую компоненту, откачиваемую вакуумной системой электронного микроскопа. Изменяя ускоряющее напряжение, размер пучка электронов, время воздействия, направление сканирования и уровень давления в камере, можно варьировать геометрию формируемых наноструктур. При этом рост вискеров может происходить параллельно (рисунок 1.2, а) и ортогонально направлению пучка (рисунок 1.2, б).

Впервые эффект осаждения материала в камере электронного микроскопа был обнаружен случайно при воздействии пучка электронов на остатки углеродного материала, всегда присутствующие при невысоком вакууме в камере,

при продолжительном исследовании образцов, которые покрывались углеродной плёнкой в процессе сканирования [19]. Изначально эффект считался негативным из-за искажения данных об объекте исследования, однако со временем его стали использовать для роста наноструктур в камере электронного микроскопа, в частности, с использованием специализированных газов-прекурсоров [20].

(а)

(б)

Рисунок 1.2. Модель формирования наноструктур при облучении фокусированным пучком электронов параллельно (а) и ортогонально (б) направлению пучка, где: 1 - фокусированный пучок электронов, 2 - поверхность подложки, 3 - источник углерода, 4 - газ-прекурсор, 5 - наноструктура (вискер), 6 - направление смещения пучка электронов [21].

В результате проведения аналитического обзора по методам формирования нановискерых структур можно сделать вывод, что наиболее перспективным методом роста для создания специализированных СЗМ зондов является метод ФЭП, так как он позволяет формировать одиночные нановискеры с полным контролем их геометрических параметров, что необходимо для обеспечения стабильности взаимодействия зонда с образцом при проведении исследований.

1.2. Специализированные зонды в сканирующей зондовой микроскопии

Получаемое изображение в сканирующей зондовой микроскопии представляет собой свертку геометрии зонда и поверхности, поэтому правильный подбор параметров зондов может оказать решающую роль на качество изображений и функциональные возможности метода. Поэтому в последнее время имеется ряд работ, посвященных созданию и апробации новых типов зондов, позволяющих улучшить результаты диагностики и модификации поверхности объектов различной природы методами СЗМ.

Разница в получаемых изображениях стандартными и специализированными зондами определяется наличием целого ряда факторов, начиная с геометрии зондов и их состава и заканчивая влиянием различных сил, возникающих в процессе взаимодействия системы «зонд-образец». Например, известно влияние гидрофильных и гидрофобных свойств поверхности изучаемых объектов и поверхности зондов в процессе сканирования [22, 23], особенно в воздушной среде при наличии влаги на образце, а также влияние адгезионных сил на результаты отображения образцов различной природы [24, 25].

(а) (б) (в)

Рисунок 1.3. Характерные СЭМ изображения различных типов специализированных зондов для СЗМ: зонд с вискером (в) [18], зонд со сферой (б) [26] и зонд с нанотрубкой (а) [27].

Для изучения сложных объектов с тонкой топологией структуры не так давно стали использоваться зонды с нановискерами (рисунок 1.3, а), что объясняется их высокой жесткостью ~ (4-15) Н/м и резонансной частотой ~100 МГц, а также малым поперечным размером ~(10-100) нм [10, 11]. Тем не менее, до недавнего времени рост вискеров обеспечивался методом МПЭ, в результате чего формировался набор вискеров на вершине зондов и происходила потеря устойчивости зондов из-за многократных касаний вискеров о стенки объектов. Формирование нановискеров методом ФЭП позволит повысить стабильность благодаря росту одиночных вискеров с контролем их геометрии и ориентации.

Использование зондов с коллоидными сферами [26] позволяет снизить инвазивность при исследовании мягких биообъектов, но при этом происходит ухудшение разрешающей способности из-за повышения радиуса скругления вершины зонда (рисунок 1.3, б).

Несмотря на распространение зондов с нанотрубками [27, 28] (рисунок 1.3, в), нановискерные структуры имеют ряд преимуществ: позволяют формировать структуры сложной формы, формируются сразу в месте облучения структуры пучком электронов, обладают относительной простотой и дешевизной в производстве [18, 29].

Специализированные зонды с нановискерными структурами широко используются в таких методах сканирующей зондовой микроскопии, как туннельная сканирующая микроскопия [30, 31], атомно-силовая микроскопия [7, 8, 32] и ближнепольная оптическая микроскопия [33]. Во всех этих методах показано, что применение зондов с нановискерами позволяет улучшить качество изображений при изучении объектов сложной топологии структуры. Тем не менее, данные структуры ещё мало изучены и в основном создаются при использовании метода МПЭ, что нередко приводит к частотным колебаниям и зашумлению изображения при исследовании объектов с развитой топологией.

Известны работы по формированию и использованию зондов с нановискерами для решения специальных задач, таких как высокоточная

литография поверхности или модификация биологических объектов [8, 34], а также манипулирование объектами пониженной размерности на поверхности подложки [35].

Особый интерес представляет измерение адгезии между различными объектами, позволяющие, в частности, определить эффективность действия определённого лекарства или фермента в медицинских исследованиях. Для этого существуют работы по формированию специализированных видов зондовых датчиков. Так, известны работы по созданию специализированных зондов для изучения адгезии между двумя клетками [36], выработки материала для сшивки тканей организма на основе данных адгезии [37], определение силы адгезии нормальной и злокачественной (опухоль) ткани эпителия желудка к зондовому датчику [38], и т.п. Как правило, на вершину зонда при этом прикрепляется один из объектов, адгезию которого необходимо проверить относительно конкретного образца.

Другой перспективной областью является создание новых типов магнитных зондовых датчиков, позволяющих тем или иным образом расширить области применения МСМ. В частности, известны работы по созданию заостренных магнитных зондов методом литографии фокусированным ионным пучком (ФИП) [39, 40], формирования апертурных МСМ зондов с помощью ФИП [41], созданию магнитных зондов на основе нанотрубок [42, 43, 44], прикреплению частиц магнитного материала на вершины стандартных зондовых датчиков [45], осаждению массивов магнитных структур через маску [46] и формированию магнитных покрытий зондах методом осаждения фокусированным пучком электронов [47, 48]. В данных работах обсуждается, в частности, форма зондов, методы их формирования, осаждения и состава магнитного материала.

Кроме того, для повышения чувствительности метода применяется калибровка МСМ зондов [49, 50], определение оптимальных толщин осаждаемых слоев магнитного материала на поверхность зонда [51], а также выявление эффективных направлений дипольных и монопольных моментов магнитной силы

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Жуков Михаил Валерьевич, 2017 год

Список литературы

1. Ken-ichi Ogawa, Nobuyuki Aoki, Kun'ichi Miyazawa, Shigeo Nakamura, Tadahiko Mashino, Jonathan P. Bird and Yuichi Ochiai. C60 Nanowhisker Field-Effect-Transistor Application for Nano-Electronics // Japanese Journal of Applied Physics. 2008. Vol. 47. №1. P. 501-504.

2. Paulo Eduardo de Faria Junior, Guilherme Matos Sipahi. Electronic band structure of polytypical nanowhiskers // Physics Procedia. 2012. Vol. 28. P. 7278.

3. D. Li, Z. Liu, M. Al-Haik et al. Magnetic alignment of cellulose nanowhiskers in an all-cellulose composite // Polymer Bulletin. 2010. Vol. 65. № 6. P. 635-642.

4. Jun-ichi Kadokawa, Akihiko Takegawa, Shozaburo Mine, Kamalesh Prasad. Preparation of chitin nanowhiskers using an ionic liquid and their composite materials with poly(vinyl alcohol) // Carbohydrate Polymers. 2011. Vol. 84. № 4. P. 1408-1412.

5. Z. Ying,Q. Wan, Z. T. Song, S. L. Feng. SnO2 nanowhiskers and their ethanol sensing characteristics // Nanotechnology. 2004. Vol. 15. № 11. P. 1682-1684.

6. Yun Chen, Panpan Gai, Li Jin, Dong Zhu, Danbi Tian, E. S. Abdel-Halim, Jianrong Zhang and Jun-Jie Zhu. Fabrication of PEDOT nanowhiskers for electrical connection of the hemoglobin active center for H2O2 electrochemical biosensing // J. Mater. Chem. B. 2013. Vol. 1. № 28. P. 3451-3457

7. V. V. Levichev, M. V. Zhukov, I. S. Mukhin, A. I. Denisyuk, A. O. Golubok. On the operating stability of a scanning force microscope with a nanowhisker at the top of the probe // Technical Physics. 2013. Vol. 58. № 7. P. 1043-1047.

8. J. D. Beard, D. J. Burbridge, A. V. Moskalenko, O. Dudko, P. L. Yarova, S. V. Smirnov, S. N. Gordeev. An atomic force microscope nanoscalpel for nanolithography and biological applications // Nanotechnology. 2009. Vol. 20. P. 1-10.

9. Цырлин Г. Э., Дубровский В.Г., Сибирев Н.В., Сошников И.Л., Самсоненко Ю.Б., Тонких А.А., Устинов В.М. Диффузионный механизм роста нановискеров GaAs и AlGaAs в методе молекулярно-пучковой эпитаксии // ФТП. 2005. Т. 39. № 5. С. 587-594.

10.Branner S S. The Growth and properties of whiskers // Science. 1958. Vol. 128. № 3324. P. 569-575.

11.R. S. Wagner, W. C. Ellis. Vapor-liquid-solid mechanism of single crystal growth. // Appl. Phys. Lett. 1964. Vol. 4. № 5. P. 89-90.

12.T. I. Kamins, R. S. Williams, D. P. Basile, T. Hesjedal, J. S. Harris. Ti-catalyzed Si nanowires by chemical vapor deposition: Microscopy and growth mechanisms // J. Appl. Phys. 2001. Vol. 89 № 2. P. 1008-1016

13.Настовьяк А.Г., Неизвестный И.Г., Шварц Н.Л., Яновицкая З.Ш. Моделирование роста нановискеров методом Монте-Карло // ФТП. 2010. Т. 44. №. 1. С. 130-135.

14.Цырлин Г. Э., Сибирев Н. В., Sartel N., Harmand J.-C., Латеральное упорядочивание нановискеров GaAs на поверхностях GaAs(111) B и GaAs(110) при молекулярно-пучковой эпитаксии // ФТП. 2008. Т. 42. № 6. С. 726-729.

15.Gunther Richter, Karla Hillerich, Daniel S. Gianola, Reiner Monig, Oliver Kraft, Cynthia A. Volkert. Ultrahigh Strength Single Crystalline Nanowhiskers Grown by Physical Vapor Deposition // Nano Lett. 2009. Vol. 9. №. 8. P. 3048-3052.

16.I. P. Soshnikov, D. E. Afanas'ev, G. E. Cirlin, V. A. Petrov, E. M. Tanklevskaya, Yu. B. Samsonenko, A. D. Bouravlev, A. I. Khrebtov, V. M. Ustinov. Fabrication of ordered GaAs nanowhiskers using electron-beam lithography // Semiconductors. 2011. Vol. 45. № 6. P. 822-827.

17.Dmitry Klinov, Sergei Magonov. True molecular resolution in tapping-mode atomic force microscopy with high-resolution probes // Applied physics letters. 2004. Vol. 84, №14. P. 2697-2699.

18. Мухин И.С., Мухин М.С., Феклистов А.В., Голубок А.О. Специализированные СЗМ-зонды на основе каркасных вискерных структур // Научное приборостроение. 2011. T. 21. № 3. C. 23-29.

19.J. Hiller. On the investigation of specimen contamination in the electron microscope // J. App. Phys. 1948. Vol. 19. P. 226.

20.A. G. Baker and W. C. Morris. Deposition of metallic films by electron impact decomposition of organometallic vapors // Review of Scientific Instruments. 1961. Vol. 32. P. 458.

21.Голубок А. О., Ковров А. В., Левичев В. В., Мухин И. С., Приходько О. А. Формирование одиночных нановискеров на вершинах зондов сканирующей зондовой микроскопии // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2009. T. 4, №62. С. 82-87.

22.Чукланов А.П. Исследование химически модифицированной поверхности кремния, нанокатализаторов и оптических структур методами сканирующей зондовой микроскопии: автореф. дис. канд. физ-мат. наук: 01.04.17/ Чукланов Антон Петрович. - Казань, 2007. - 116 с.

23.Bernard Haochih Liu, Cheng-Hsien Chen. Direct deformation study of AFM probe tips modified by hydrophobic alkylsilane self-assembled monolayers // Ultramicroscopy. 2011. Vol. 111. № 8. P. 1124-1130.

24.Xueling Feng, Bernard D. Kieviet, Jing Song, Peter M. Schon, G. Julius Vancso. Adhesion forces in AFM of redox responsive polymer grafts: Effects of tip hydrophilicity // Applied Surface Science. 2013. Vol. 292. P. 107-110.

25.Agnieszka Mierczynska-Vasilev, David A. Beattie. In situ atomic force microscopy of modified dextrin adsorption on hydrophobic and hydrophilic layered silicate minerals // Journal of Colloid and Interface Science. 2010. Vol. 344. 429-437.

26.И.А. Няпшаев, А.В. Анкудинов, А.В. Стовпяга, Е.Ю. Трофимова, М.Ю. Еропкин. Диагностика живых клеток в атомно-силовом микроскопе, используя субмикронный сферический зонд калиброванного радиуса кривизны // Журнал технической физики. 2012. Т. 82. № 10. С. 109-116.

27.Hafner, Jason H., Chin Li Cheung, Adam T. Wooley, and Charles M. Lieber. Structural and functional imaging with carbon nanotube AFM probes // Progress in Biophysics & Molecular Biology. 2001. Vol. 77, № 1. P. 73-110.

28.Jiang A. N., Gao S., Wei X. L., Liang X. L., and Chen Q. Amplitude Response of Multiwalled Carbon Nanotube Probe with Controlled Length during Tapping Mode Atomic Force Microscopy // J. Phys. Chem. C. 2008. Vol. 112. №. 40. P. 15631-15636.

29.I. Ashiri, K. Gartsman, S. R. Cohen, R. Tenne. Attachment of Single Multiwall WS2 Nanotubes and Single WO3-x Nanowhiskers to a Probe // AIP Conf. Proc. 2003. Vol. 685. P. 545-549.

30.T. Yoshida, H. Naito, and M. Okuda. Scanning tunneling microscopy using a ZnO whisker tip // Appl. Phys. Lett. 1994. Vol. 64, № 24. P. 3243-3245.

31. А. О. Голубок, Ю. Б. Самсоненко, И. С. Мухин, А. Д. Буравлев, Г. Э. Цырлин. Формирование одиночных GaAs нитевидных нанокристаллов на

вольфрамовом острие и исследование их электрических характеристик // Физика и техника полупроводников. 2011. Т. 45, № 8. С. 1079-1083.

32. H. Kado, K. Yokoyama and T. Tohda. Atomic force microscopy using ZnO whisker tip // Rev. Sci. Instrum. 1992. Vol. 63. № 6. P. 3330-3332.

33.Mounir Mensi, Gennadii Mikhailov, Sergey Pyatkin, Jozef Adamcik, Sergey Sekatskii, Giovanni Dietler. Ultrasharp carbon whisker optical fiber probes for scanning near-field optical microscopy // Proceedings of SPIE. 2010. Vol. 7712. P. 771222 (7 pp).

34.J. D. Beard and S. N. Gordeev. Fabrication and buckling dynamics of nanoneedle AFM probes // Nanotechnology. 2011. Vol. 22. № 17. P. 175303 (8 pp).

35.Oscar Custance, Ruben Perez & Seizo Morita. Atomic force microscopy as a tool for atom manipulation // Nature Nanotechnology. 2009. Vol. 4. P. 803-810.

36.M. Benoit, H. E. Gaub Measuring cell adhesion forces with the atomic force microscope at the molecular level // Cells Tissues Organs. 2002. Vol. 172. P. 174-189

37.Natalie Artzi, Adam Zeiger, Fiete Boehning, Adriana bon Ramos, Krystyn Van Vliet, Elazer R. Edelman. Tuning adhesion failure strength for tissue-specific applications // Tuning adhesion failure strength for tissue-specific applications. // Acta Biomaterialia. 2011. Vol. 7. № 1. P. 67-74.

38.V. G. Dedkov, E. G. Dedkova. Contact atomic force microscopy of biological tissues // Technical Physics Letters. 2010. Vol. 36. № 2. P. 130-132.

39.L. Gao, L. P. Yue, T. Yokota, Ralph Skomski, Sy-Hwang Liou, H. Takahoshi, H. Saito, and S. Ishio. Focused Ion Beam Milled CoPt Magnetic Force Microscopy Tips for High Resolution Domain Images // IEEE Transactions on Magnetics. 2004. Vol. 40, № 4. P. 2194-2196.

40.Nissim Amos, Andrey Lavrenov, Robert Fernandez, Rabee Ikkawi, Dmitri Litvinov and Sakhrat Khizroev. High-resolution and high-coercivity FePt L 1 0 magnetic force microscopy nanoprobes to study next-generation magnetic recording media // J. Appl. Phys. 2009. Vol. 105. P. 07D526 (3pp).

41.L. Folks, M. E. Best, P. M. Rice, B. D. Terris, D. Weller, and J. N. Chapman. Perforated tips for high-resolution in-plane magnetic force microscopy // Appl. Phys. Lett. 2000. Vol. 76. P. 909-911.

42.Zhifeng Deng, Erhan Yenilmez, Josh Leu, J. E. Hoffman, Eric W. J. Straver et al. Metal-coated carbon nanotube tips for magnetic force microscopy // Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 85. P. 6263-6265.

43.Franziska Wolny, Uhland Weissker, Thomas Mühl, Albrecht Leonhardt, Siegfried Menzel, Andreas Winkler, and Bernd Büchner. Iron-filled carbon nanotubes as probes for magnetic force microscopy // J. Appl. Phys. 2008. Vol. 104. P. 064908 (5 pp.)

44.F. Wolny, T. Mühl, U. Weissker, A. Leonhardt, U. Wolff, D. Givord and B. Büchner. Magnetic force microscopy measurements in external magnetic fields-comparison between coated probes and an iron filled carbon nanotube probe // J. Appl. Phys. 2010. 108. 013908 (6pp).

45.Duckhoe Kim, Nak-Kwan Chung, Stephanie Allen, Saul J. B. Tendler, and Joon Won Park. Ferritin-Based New Magnetic Force Microscopic Probe Detecting 10 nm Sized Magnetic Nanoparticles // AcsNano. 2012. Vol. 6. №1. P. 241-248.

46.A. R. Champagne, A. J. Couture, F. Kuemmeth, and D. C. Ralph. Nanometer-scale scanning sensors fabricated using stencil lithography // Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 82. №7. P. 1111-1113.

47.Y. M. Lau, P. C. Chee, J. T. L. Thong, and V. Ng. Properties and applications of cobalt-based material produced by electron-beam-induced deposition // J. Vac. Sci. Technol. A. 2002. Vol. 20. P. 1295-1302.

48.M.V. Zhukov, K.I. Belousov, A.M. Mozharov, I.S. Mukhin, A.O. Golubok. Specialized probes with nanowhisker structures for high resolution magnetic force microscopy // J. Phys.: Conf. Ser. 2015. Vol. 643. 012095 (5pp).

49.T. Göddenhenrich, H. Lemke, M. Mück, U. Hartmann, and C. Heiden. Probe calibration in magnetic force microscopy // Appl. Phys. Lett. 1990. Vol. 57. P. 2612-2614.

50. S. Vock, F. Wolny, T. Mühl, R. Kaltofen, L. Schultz, B. Büchner, C. Hassel, J. Lindner and V. Neu. Monopolelike probes for quantitative magnetic force microscopy: Calibration and application // Appl. Phys. Lett. 2010. Vol. 97. P. 252505 (4 pp).

51.Kenneth Babcock and Virgil Elings. Optimization of Thin-Film Tips for Magnetic Force Microscopy // IEEE Transactions on Magnetics. 1994. Vol. 30. №6. P. 4503-4505.

52.J. Lohau, S. Kirsch, A. Carl, G. Dumpich, and E. F. Wassermann. Quantitative determination of effective dipole and monopole moments of magnetic force microscopy tips // J. Appl. Phys. 1999. Vol. 86. P. 3410-3417.

53.Dmitri Litvinov and Sakhrat Khizroev. Orientation-sensitive magnetic force microscopy for future probe storage applications // Appl. Phys. Lett. 2002. Vol. 81. P. 1878-1880.

54.P. Chris Hammel, Denis V. Pelekhov, Philip E. Wigen, Timothy R. Gosnell, Melissa M. Midzor, and Michael l. Roukes. The Magnetic-Resonance Force Microscope: A New Tool for High-Resolution, 3-D, Subsurface Scanned Probe Imaging // Proceedings of the IEEE. 2003. Vol. 91. № 5. P. 789-797.

55.Andriy V. Moskalenko, Polina L. Yarova, Sergey N. Gordeev, and Sergey V. Smirnov. Single Protein Molecule Mapping with Magnetic Atomic Force Microscopy // Biophysical Journal. 2010. Vol. 98. P. 478-487.

56.P. Happel, F. Wehner and I. D. Dietzel Scanning ion conductance microscopy - a tool to investigate electrolyte-nonconductor interfaces. Modern Research and Educational Topics in Microscopy. Formatex, 2007. 968-975 p.

57.Patrick Happel, Denis Thatenhorst and Irmgard D. Dietzel Scanning Ion Conductance Microscopy for Studying Biological Samples // Sensors. 2012. Vol. 12. P. 14983-15008.

58.Anamika Bhargava, Xianming Lin,Pavel Novak, Kinneri Mehta, Yuri Korchev, Mario Delmar, and Julia Gorelik. Super-resolution Scanning Patch Clamp Reveals Clustering of Functional Ion Channels in Adult Ventricular Myocyte // Circ. Res. 2013. Vol. 112. №8. 1112-1120 p.

59.Pavel Novak, Julia Gorelik, Umesh Vivekananda, Andrew I. Shevchuk, Yaroslav S. Ermolyuk, Russell J. Bailey, Andrew J. Bushby, Guy W.J. Moss, Dmitri A. Rusakov, David Klenerman, Dimitri M. Kullmann, Kirill E. Volynski, and Yuri E. Korchev. Nanoscale-Targeted Patch-Clamp Recordings of Functional Presynaptic Ion Channels // Neuron. 2013. Vol. 79, №6. 1067-1077 p.

60.Тодуа П.А. Нанометрология - ключевое звено инфраструктуры Нанотехнологий // Труды МФТИ. 2011. Т. 3, № 4. С. 81-96.

61.Быков В. А., Лазарев М. И. Сканирующая зондовая микроскопия для науки и промышленности // Электроника: наука, технология, бизнес. 1997. №5. С. 7-14.

62.ГОСТ Р 8.630-2007 Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые измерительные. Методика поверки. - М.: Стандартинформ, 2011. - 18 с.

63.ГОСТ 8.593-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые. Методика поверки. - М.: Стандартинформ, 2010. - 12 с.

64.ГОСТ Р 8.635-2007 Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые. Методика калибровки. - М.: Стандартинформ, 2008. -11 с.

65.ГОСТ Р 8.700-2010 Государственная система обеспечения единства измерений. Методика измерений эффективной высоты шероховатости поверхности с помощью сканирующего зондового атомно-силового микроскопа. - М.: Стандартинформ, 2010. - 15 с.

66.Новиков Ю.А., Озерин Ю.В., Плотников Ю.И., Раков А.В., Тодуа П.А. Нанометрология линейных измерений в атомно-силовой микроскопии // Труды ИОФАН. 2006. Т. 62. С. 121-144.

67.Новиков Ю. А., Раков А. В., Тодуа П. А. Геометрия формирования изображения в сканирующей зондовой микроскопии // Микроэлектроника. 2008. Т. 37. № 6. С. 448-469.

68.T. Gotszalk, A. Marendziak, K. Kolanek, R. Szeloch, P. Grabiec, M. Zaborowski, P. Janus, and I.W. Rangelow. Scanning probe microscopy as a metrology method in micro and nanostructure investigations // Technical Sciences. 2006. Vol. 54. № 1. P. 19-23.

69.Novikov Yu. A., Rakov A. V., P. A. Todua Metrology in linear measurements of nanoobject elements // Proceedings of SPIE. 2006. Vol. 6260. P. 626013-1 -626013-8.

70.Todua P. A., Filippov M. N., Gavrilenko V. P., Novikov Yu. A., Rakov A. V. Measurement of linear sizes of relief elements in the nanometer range using an

atomic force microscopy // Proceedings of SPIE. 2007. Vol. 6648. P. 66480S-1 -66480S-12.

71.Novikov Yu. A., Filippov M. N., Lysov I. D., Rakov A. V., Sharonov V. A., Todua P. A. Derect measurement of the linewidth of relief elements of AFM in nanometer range // Proceedings of SPIE. 2008. Vol. 7025. P. 702510-1-70251010.

72.СЗМ NanoEducator. Учебное пособие [электронный ресурс] / Артефакты в сканирующей зондовой микроскопии - Режим доступа: http: //nano. donstu. ru/labrab/4A_S_P_M. pdf.

73.Раков А. В., Тодуа П. А. Измерение линейности сканирования в атомно-силовом микроскопе // Измерительная техника. 2008. № 6. С. 12-14.

74.Novikov Yu. A., Rakov A. V., P. A. Todua Metrology in linear measurements of nanoobject elements // Proceedings of SPIE. 2006. Vol. 6260 P. 626013-1626013-8.

75.Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера, 2004. 144 с.

76.Fleming A.J., Leang K.K. Charge drives for scanning probe microscope positioning stages // Ultramicroscopy. 2008. Vol. 108. P. 1551-1557.

77.Gu G. Y., Zhu L.M. Motion control of piezoceramic actuators with creep, hysteresis and vibration compensation // Sensors and Actuators A: Physical. 2013. Vol. 197. P. 76-87.

78.Михайлов М. А., Манойлов В. В. Обзор методов измерения малых перемещений в приложении системы автоматического регулирования сканеров СЗМ // Научное Приборостроение. 2013. T. 23, № 2. C. 27-37.

79. Джексон Р.Г. Новейшие датчики. М.: Техносфера, 2007. 308 с.

80.H. Sturm, M. Heyde, and K. Rademann. The Use of a Fibre-Based Light Sensor for the Calibration of Scanning Probe Microscopy Piezos // Phys. Stat. Sol. (A). 1999. Vol. 173. P. 225-234.

81.Rostislav V. Lapshin. Drift-insensitive distributed calibration of probe microscope scanner in nanometer range: Approach description // Applied Surface Science. 2015. Vol. 359. P. 629-636.

82.M. V. Zhukov, I. V. Kukhtevich, V. V. Levichev, I. S. Mukhin and A. O. Golubok. Specialized probes with nanowhisker structures for scanning probe microscopy // J. Phys.: Conf. Ser. 2014. Vol. 541. № 1. P. 012042 (6pp).

83.Жуков М.В. Специализированные нанозонды для сканирующих зондовых микроскопов: технология создания, исследование, применение //Сборник работ аспирантов Университета ИТМО, победителей конкурса грантов правительства Санкт-Петербурга/ Под. ред. В.О. Никифоров - СПб: Университет ИТМО, 2016. - С. 92-96.

84.Жуков М.В., Белоусов К.И., Мухин И.С., Голубок А.О. Особенности изучения магнитных полей с использованием специализированных зондов с Pt/C нановискерами // Наука и инновации в технических университетах: материалы Девятого Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых учёных. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. - 2015. - С. 98-99.

85.Жуков М.В., Мухин И.С., Голубок А.О. Разработка и апробация зондов-наноскальпелей для атомно-силовой микроскопии в области плазмоники // Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и наноэлектроника: тезисы докладов 18-й всерос. молод. конф. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. - С. 126.

86.I.S. Mukhin, I.V. Fadeev, M.V. Zhukov, V.G. Dubrovskii, A.O. Golubok. Framed carbon nanostructures: Synthesis and applications in functional SPM tips // Ultramicroscopy. 2015. Vol. 148. P. 151-157.

129

87.V.G. Dubrovskii, V.Consonni, A.Trampert, L.Geelhaar, H.Riechert. Scaling hermodynamic model for the self-induced nucleation of GaN nanowires // Phys. Rev. B. 2012. Vol. 85. P.165317.

88.V.G. Dubrovskii, N.V.Sibirev, Growth thermodynamics of nanowires and its application topolytypism of zinc blende III-V nanowires. // Phys. Rev. B. 2008. Vol. 77. P. 035414.

89.D.Bimberg, M.Grundmann, N.N.Ledentsov. Quantum Dot Heterostructures. Wiley, 1999. 333 p.

90.V. Consonni, M.Knelangen, L.Geelhaar, A.Trampert, H.Riechert. Nucleation mechanisms of epitaxial GaN nanowires: Origin of their self-inducedformation andinitialradius. // Phys. Rev. B. 2010. Vol. 81. P. 085310.

91.Mikhail Zhukov, Nikolai Gulyaev, and Alexander Golubok. Specialized probes based on hydroxyapatite calcium for heart tissues research by atomic force microscopy. // AIP Conf. Proc. 2016. Vol. 1748. P. 020010 (6pp).

92.I. A. Nyapshaev, A. V. Ankudinov, A. V. Stovpyaga, E. Yu. Trofimova, M. Yu. Eropkin, Diagnostics of living cells under an atomic force microscope using a submicron spherical probe with a calibrated radius of curvature. Technical Physics. 2012. Vol. 10, № 57. P. 1430-1437.

93.David Pastre, Hideki Iwamoto, Jie Liu, Gabor Szabo, Zhifeng Shao Scanning Ion Conductance Microscopy for Studying // Ultramicroscopy. 2001. Vol. 90. P. 1319.

94.Alex Zhukov, Owen Richards, Victor Ostanin, Yuri Korchev, David Klenerman. A hybrid-scanning mode for fast scanning ion conductance microscopy (SICM) imaging // Ultramicroscopy. 2012. Vol. 121. P. 1-7.

95.M.V. Zhukov, I.D. Sapozhnikov, A.O. Golubok, V.I. Chubinskiy-Nadezhdin Scanning ion-conductance microscope //Book of abstracts. 4th International

School and Conference "Saint-Petersburg OPEN 2017", - St. Petersburg: Academic University Publishing, 2017. - P. 215-217.

96.Denisyuk A.I., Komissarenko F.E., Mukhin I.S. Electrostatic pick-and-place micro/nanomanipulation under the electron beam // Microelectronic Engineering. 2014. Vol. 121. P. 15-18.

97.Сайт фирмы НТ-МДТ [Электронный ресурс] / AFM calibration. - Режим доступа: http ://www. ntmdt-tips. com/products/group/afm-cal.

98. Сайт фирмы НТ-МДТ [Электронный ресурс] / Калибровочные меры НТ-МДТ включены в государственный реестр. - Режим доступа: http://www.ntmdt-si.ru/news/view/kalibrovochnye-mery-nt-mdt-vklyucheny-v-gosudarstvennyj -reestr.

99.Жуков М.В., Кухтевич И.В. Изучение особенностей проведения измерений методом атомно-силовой микроскопии в жидких средах. // Наука и инновации в технических университетах: материалы Десятого Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых учёных. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. - С. 15-17.

100. М.В. Жуков, И.В. Кухтевич Особенности проведения измерений в жидких средах методом атомно-силовой микроскопии // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 6. С. 1056-1062.

101. Rodolfo Cortes, Victor Coello. Modeling of plasmonic phenomena in nanostructured surfaces // NANO: Brief Reports and Reviews. 2009. Vol. 4. № 4. P. 201-216.

102. J. J. Wu. Subwavelength microwave guiding by periodically corrugated strip line // Progress In Electromagnetics Research, PIER. 2010. Vol. 104. P. 113-123.

103. M.V. Zhukov, I.S. Mukhin, A.O. Golubok. Development and approbation of nanoscalpels based probes for atomic force microscopy in the field of plasmonics // J. Phys.: Conf. Ser. 2017. Vol. 816. №1. P. 012037 (6pp).

104. Sader, J.E., Larson, I., Mulvaney, P., White, L.R. Method for calibration of atomic force microscope cantilevers // Rev. Sci. Instrum. 1995. Vol. 66. P. 37893498.

105. Timoshenko SP. Theory of elastic stability. 2nd ed. New York: McGraw-Hill, 1961. 541 p.

106. Meirovich L. Elements of vibration analysis. 2nd ed. New York: McGrawHill, 1986. 560 p.

107. Vinzenz Friedli. Focused Electron- and Ion-Beam Induced Processes: In Situ Monitoring, Analysis and Modeling. Disseration EPFL. No 4036, 2008. 171 p.

108. Сайт фирмы НТ-МДТ [Электронный ресурс] / Основы СЗМ, эффективная масса и собственная частота кантилевера. - Режим доступа: http://www.ntmdt.ru/spm-basics/view/effective-mass-eigenfrequency-cantilever.

109. Старовойтов Э. И. Сопротивление материалов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008, 384 с.

110. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: Учебное пособие для вузов (в 10 томах). Т. VII. Теория упругости. 5-ое изд., стереот. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003, 264 с.

111. E. Zussman, X. Chen, W. Ding, L. Calabri, D.A. Dikin, J.P. Quintana, R.S. Ruoff. Mechanical and structural characterization of electrospun PAN-derived carbon nanofibers // Carbon. 2005. Vol. 43. P. 2175-2185.

112. M.R. Koblischka, U. Hartmann, T. Sulzbach. Improvements of the lateral resolution of the MFM technique // Thin Solid Films. 2003. Vol. 428. P. 93-97.

113. Yu. P. Ivanov, A. I. Il'in, E. V. Pustovalov, L. A. Chebotkevich. Influence of induced anisotropy on the processes of magnetization reversal of cobalt circular nanodots // Physics of the Solid State. 2010. Vol. 52. № 8. P. 1694-1700.

114. M.V. Zhukov, K.I. Belousov, A.M. Mozharov, I.S. Mukhin, A.O. Golubok. Specialized probes with nanowhisker structures for high-resolution magnetic force microscopy // J. Phys.: Conf. Ser. 2015. Vol. 643. P. 012095 (5pp).

115. M.V. Zhukov, K.I. Belousov, A.M. Mozharov, I.S. Mukhin, A.O. Golubok. Specialized probes with nanowhisker structures for high-resolution magnetic force microscopy // Book of abstracts. 2nd International School and Conference "Saint-Petersburg OPEN 2015", - St. Petersburg: Academic University Publishing, 2015. - P. 356-357.

116. Hikaru Nomura, Tatsuro Nagayama, Daisuke Yokota, and Ryoichi Nakatani. Development of a magnetic force microscopy for magnetically soft materials // Journal of Physics: Conference Series. 2009. Vol. 165. P. 012036 (4 pp).

117. K.P. Lim, L.P. Tan. Interaction force measurements for the design of tissue adhesives // Acta Biomaterialia. 2009. Vol. 5. № 1. P. 84-92.

118. M. Lisa Manning, Ramsey A. Foty , Malcolm S. Steinberg , and Eva-Maria Schoetz. Coaction of intercellular adhesion and cortical tension specifies tissue surface tension // PNAS Proceedings of the National Academy of Sciences. 2010. Vol. 107, № 28. P. 12517-12522.

119. Siamantouras E., Hills C.E., Younis M.Y., Squires P.E., Liu K.K. Quantitative investigation of calcimimetic R568 on beta cell adhesion and mechanics using AFM single-cell force spectroscopy // FEBS Lett. 2014. Vol. 588. №7. P. 1178-1183.

120. Lijin Xia, Scott C. Lenaghan, Mingjun Zhang , Yu Wu, Xiaopeng Zhao, Jason N. Burris, C. Neal Stewart Jr. Characterization of English ivy (Hedera helix) adhesion force and imaging using atomic force microscopy // Journal of Nanoparticle Research. 2011. Vol. 13. № 3. P. 1029-1037.

121. Anja Dosen, Tracy L. Bank, and Rossman Giese. AFM analysis of bacterial adhesion to hydroxylapatite surfaces // Geological Society of America Abstracts with Programs. 2008. Vol. 40. No. 2. P. 74.

122. Жуков М.В., Гуляев Н.И., Голубок А.О. Зонды с гидроксиапатитом кальция для исследования сердечного клапана методом атомно-силовой микроскопии // "Биология и фундаментальная медицина в Санкт-Петербурге" /Материалы совещания. - СПб: СПбНЦ РАН, Изд-во "Арт-Экспресс", 2016, - С. 112-114, - 316 с.

123. Гуляев Н.И., Жуков М.В., Куранов Г.Л., Борисов Ю.А., Суглобова Е.Д., Ястребов С.Г., Кузнецов В.В., Перемышленко А.С. Гордиенко А.В., Костина О.В., Пелешок А.С. Изучение адгезивных свойств областей аортальных полулуний и атеросклеротических бляшек при поражении кальцинирующим аортальным стенозом // Ульяновский Медико-Биологический Журнал. 2017. №1. С. 23-31.

124. Стовпяга А. В., Сапожников И. Д., Голубок А. О. Сканирующий микроскоп ионной проводимости с одновременной визуализацией поверхности образца в полуконтактной силовой моде // Научное приборостроение. 2012. Т. 22. №3. С. 17-26.

125. Chowdhury T. K., Fabrication of extremely fine glass micropipette electrodes // J. Phys. E. 1969. V. 2. P. 1087-1090.

126. В.П. Пух, Л.Г. Байкова, М.Ф. Киреенко, Л.В. Тихонова, Т.П. Казанникова, А.Б. Синани Атомная структура и прочность неорганических стекол // Физика твердого тела. 2005. Т. 47, № 5. С. 850-855.

134

127. Жуков М.В., Кухтевич И.В., Левичев В.В., Мухин И.С. Особенности изучения объектов живой природы методом атомно-силовой микроскопии с использованием специализированных зондов с Pt/C нановискерами // Наука и инновации в технических университетах: материалы Восьмого Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых учёных. - СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2014. - С. 82-84.

128. Жуков М.В., Кухтевич И.В., Мухин И.С., Левичев В.В., Голубок А.О. Исследование клеточных структур с использованием специализированных твердотельных зондов методом атомно-силовой микроскопии [электронный ресурс] // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. - СПб: Университет ИТМО. - 2015. - режим доступа: http: //kmu.ifmo .ru/collections.

129. Жуков М.В., Мухин И.С., Кухтевич И.В., Голубок А.О. Специализированные зондовые датчики с нановискерами для повышения контраста изображения и разрешающей способности сканирующих зондовых микроскопов // Сборник трудов III Международной научно-практическую конференции «Sensorica-2015», - СПб: Университет ИТМО,

2015. - С. 152-154.

130. Кухтевич И.В., Жуков М.В., Чубинский-Надеждин В.И., Букатин А.С., Евстрапов А.А. Фиксация бактерий E.Coli на подложке для измерений в жидкости методом атомно-силовой микроскопии // Научное приборостроение. 2012. Т. 22. № 4. С. 56-61.

131. Жуков М.В., Голубок А.О. Улучшение пространственного разрешения в сканирующей силовой микроскопии нанообъектов при использовании кантилеверов с вискерами //Научные работы участников конкурса "Молодые ученые Университета ИТМО", 2015. - СПб: Университет ИТМО,

2016. - С. 103-109.

132. Prescott LM, Harley JP, Klein D. Microbiology (7th Ed). McGraw-Hill, 2008, 1222 p.

133. Жуков М.В., Комиссаренко Ф.Э., Кухтевич И.В., Чубинский-Надеждин В.И. Специализированные зонды с нановискерами для проведения высокоточных измерений объектов в жидкости методом атомно-силовой микроскопии // Тезисы конференции ФизикА.СПб, 2016. -С. 71-72.

134. Жуков М.В., Мухин И.С., Кухтевич И.В., Левичев В.В., Голубок А.О. Специализированные нанозонды для высокоточного исследования нативных биологических объектов на клеточном и субклеточном уровне // Сборник тезисов участников форума «Наука будущего - наука молодых», 2015. Т. 2. - С. 38-40.

135. Жуков М.В. Специализированные нанозонды для сканирующих зондовых микроскопов: технология создания, исследование, применение // Двадцатая Санкт-Петербургская ассамблея молодых учёных и специалистов: Сборник тезисов. - СПб: Изд-во СПбГУПТД, 2015. - С. 164220 с.

136. Агеев Ф.Т., Баринова И.В., Серединина Е.М., Орлова Я.А., Кузьмина А.Е. Механизмы формирования кальцификации артерий. // Кардиологический вестник. 2012. Т. 7, №2. C. 57-64.

137. Efstratiadis G., Koskinas K., Pagourelias E. Coronary calcification in patients with end-stage renal disease: a novel endocrine disorder // Hormones. 2007. Vol. 6, № 2. P. 120-131.

138. Prieto R. M., Gomila I., Sohnel O., Costa-Bauza A., Bonnin O., Grases F. Study on the structure and composition of aortic valve calcific deposits: Etiological aspects // Journal of Biophysical Chemistry. 2011. Vol. 2. №1. P. 1925.

139. Вересов А. Г., Путляев В. И., Третьяков Ю. Д. Химия неорганических биоматериалов на основе фосфатов кальция. // Рос. хим. журн. (Журн. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2004. Т. XLVIII. № 4. C. 52-64.

140. Пухов Д. Э., Васильев С. В., Зотов А. С., Ильин М. В., Рудый А. С. Микроморфология, состав, особенности локализации минеральных отложений створок аортальных клапанов по данным сканирующей электронной микроскопии и рентгенодифракционного анализа // Вестник Национального медико-хирургического Центра им. Н.И. Пирогова. 2014. Т. 9. № 1. C. 23-30.

141. Zhukov M.V., Gulyaev N.I., Golubok A.O. Specialized nanoprobes based on hydroxyapatite calcium for heart tissues research by atomic force microscopy // V International Scientific conference STRANN 2016. Abstracts, 2016. -P.137-139.

142. Жуков М.В. Разработка зондовых датчиков на основе гидроксиапатита для изучения болезни аортального стеноза методом атомно-силовой микроскопии // Двадцать первая Санкт-Петербургская ассамблея молодых учёных и специалистов: Сборник тезисов. - СПб.: Изд-во СПбГУПТД, 2016. - С. 160 -217 с

143. J.N. Israelachvili, Intermolecular and surface forces. 2nd ed. Academic Press, 1992. 470 p.

144. Гуляев Н.И., Жуков М.В., Голубок А.О., Куранов Г.Л., Борисов Ю.А., Суглобова Е.Д., Кузнецов В.В., Перемышленко А.С., Гордиенко А.В., Костина О.В. Характеристика адгезивных свойств эндотелия и субэндотелиальных структур аортальных полулуний у больных кальцинирующим аортальным стенозом // Клиническая медицина. 2017. Т. 95. № 4. С. 350-355

145. Гуляев Н.И., Кузнецов В.В., Жуков М.В. Новые морфофункциональные элементы патогенеза кальцинирующего аортального стеноза // Военно-Медицинский Журнал. 2017. Т. СССХХХУШ, № 2. С. 66-68.

146. Candemir B., Ertas F. S., Kaya C. T. et al. Association between antibodies against calcifying nanoparticles and mitral annular calcification // J. Heart Valve Dis. 2010. Vol. 19. № 6. P. 745-752.

147. Miller V. M., Rodgers G., Charlesworth J. A. et al. Evidence of nanobacterial-like structures in calcified human arteries and cardiac valves // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2004. Vol. 287, № 3. P. 1115-1124.

148. Scott J. E. Structure and function in extracellular matrices depend on interactions between anionic glycosaminoglycans // Pathol. Biol. 2001. Vol. 49, № 4. P. 284-289.

149. Mustary, M. H., Lysak, V. V. Fabrication of nanorod light emitting diode by Ni nano-cluster and enhanced extraction efficiency // J. of Electrical and Electronics Eng. 2014. Vol. 9. P. 18-22.

150. M.V. Zhukov, V.V. Lysak, I.S. Mukhin, A.O. Golubok. High-precision investigation of nanorod and nanosphere topological structures for nanoelectronic issues by means of atomic-force microscopy // J. Phys.: Conf. Ser. 2016. Vol. 741, №1. P. 012003 (6pp).

151. Жуков М.В., Лисак В.В., Мухин И.С., Голубок А.О. Изучение структур наноэлектроники с использованием специализированных зондовых датчиков методом атомно-силовой микроскопии //Сборник трудов 18 молодёжной школы «Микро- и нанотехника нового поколения», 2015. - С. 35-37.

152. M.V. Zhukov, V.V. Lysak, I.S. Mukhin, A.O. Golubok. High-precision investigation of nanorod and nanosphere topological structures for nanoelectronic issues by means of atomic-force microscopy //Book of abstracts. 3nd International School and Conference "Saint-Petersburg OPEN 2016", - St. Petersburg: Academic University Publishing, 2016. - P. 118-120.

153. M.V. Zhukov, I.S. Mukhin, V.V. Levichev, A.O. Golubok. Peculiarities of work of the local force sensor based on hydrophilic Pt/C whiskers located on the top of the scanning force microscope Si cantilever // Сборник трудов II Международной научно-практическую конференции «Sensorica-2014», -СПб: Университет ИТМО, 2014. - С. 56-57.

154. M. V. Zhukov, I. S. Mukhin, V. V. Levichev, and A. O. Golubok. Investigation of the Contrast Inversion Effect on Hydrophilic Surfaces Using Pt/C Whisker Probes in a Scanning Force Microscope // Technical Physics Letters. 2015. Vol. 41. No. 2. P. 149-152.

155. Zhukov M.V., Mukhin I.S., Mozharov A.M., Golubok A.O. Features of hydrophilic surface visualization by means of scanning probe microscopy // V International Scientific conference STRANN 2016. Abstracts, 2016. - P.140-142.

156. М.В. Жуков, И.С. Мухин, В.В. Левичев, А.О. Голубок. Об инверсии контраста при визуализации гидрофильных поверхностей методом силовой микроскопии с использованием зондов на основе Pt/C-вискеров // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 5, № 41. С. 96-102.

157. Pilnam Kim, Ho-Young Kim, Jae Kwan Kim, Gunter Reiter and Kahp Y. Suh. Multi-curvature liquid meniscus in a nanochannel: Evidence of interplay between intermolecular and surface forces // Lab Chip. 2009. Vol. 9. P. 32553260.

158. De Gennes, P. G., Brochard-Wyart, F., Quere, D. Capillarity and wetting phenomena: drops, bubbles, pearls, waves. transl. by Reisinger A. Springer, 2004. 291 p.

159. A. Kühle, A.H. S0rensen, J.B. Zandbergen, J. Bohr. Contrast artifacts in tapping tip atomic force microscopy // Appl. Phys. A. 1998. Vol. 66. P. 329-332.

160. Tas, N. R., Mela, P., Kramer, T., Berenschot, J. W., Van den Berg, A. Capillarity induced negative pressure of water plugs in nanochannels // Nano Letters. 2003. Vol. 3. № 11. P. 1537-1540.

161. Kim, P., Kim, H. Y., Kim, J. K., Reiter, G., Suh, K. Y. Multicurvature liquid meniscus in a nanochannel: Evidence of interplay between intermolecular and surface forces // Lab on a Chip. 2009. Vol. 9. № 22. P. 3255-3260.

162. Lopez-Romero, D., Barrios, C. A., Holgado, M., Laguna, M. F., Casquel, R. High aspect-ratio SU-8 resist nano-pillar lattice by e-beam direct writing and its application for liquid trapping // Microelectronic Engineering. 2010. Vol. 87. № 4. P. 663-667.

163. Жуков М.В., Мухин И.С, Левичев В.В., Голубок А.О. Исследование эффекта инверсии в следящей системе сканирующего зондового микроскопа и его устранение с использованием специализированных зондов с Pt/C нановискерами // Сборник трудов II Международной научно-практическую конференции «Sensorica-2014», - СПб: Университет ИТМО, 2014. - С. 61-63.

164. М.В. Жуков, И.С. Мухин, А.О. Голубок. Изучение капиллярных эффектов микро- и наноструктур методом атомно-силовой микроскопии // Сборник тезисов докладов III Всероссийской научной молодежной конференции «Актуальные проблемы нано- и микроэлектроники» / отв. ред. Бахтизин Р.З. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2015. - С. 160-161.

165. Donald K. Martin (Ed.). Nanobiotechnology of Biomimetic Membranes. // Springer, Heidelberg. - 2007. - 184 p.

166. S. John T. Van Noort, Kees 0. Van der Werf, Bart G. De Grooth, Niek F. Van Hulst, Jan Greve. Height anomalies in tapping mode atomic force microscopy in air caused by adhesion. // Ultramicroscopy. 1997. Vol. 69. P. 1727.

167. A. Kühle, A.H. S0rensen, J.B. Zandbergen, J. Bohr. Contrast artifacts in tapping tip atomic force microscopy. // Appl. Phys. A. 1998. Vol. 66. P. 329-332.

168. P. Rahe, R. Bechstein, J. Schütte, F. Ostendorf, and A. Kühnle. Repulsive interaction and contrast inversion in noncontact atomic force microscopy imaging of adsorbates. // Physical Review B. 2008. Vol. 77. P. 195410 (6).

Приложение А

Перечень профильных предприятий и академических институтов, с которыми осуществлялось сотрудничество

1. ФГКВОУ ВПО Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова (г. Санкт-Петербург);

2. ФГБОУ Институт Аналитического Приборостроения РАН (г. Санкт-Петербург);

3. ФГБУН Институт Физиологии им. И.П. Павлова РАН (г. Санкт-Петербург);

4. ФГБУН Институт Цитологии РАН (г. Санкт-Петербург);

5. Национальный исследовательский Академический университет РАН (г. Санкт-Петербург);

6. ФГБУН Физико-Технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (г. Санкт-Петербург);

7. ФГБОУ ВО Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого (г. Красноярск);

8. Компания ООО «НТ-СПб» (г. Санкт-Петербург).

Приложение Б Акт о внедрении

АКТ

о внедрении pcjy.ii.iaro» шссергацнонной работы Жукова Михаила Валерьевича «Наиосгруклу рнроваипые юнды для сканирующей силовой микроскопии: coi latine, нсслеювапне, применение»

Результаты диссертационной работы Жукова Михаила Валерьевича, в частности, создание и апробация наноструктурированнмх зондов на основе гндроксиапатнта, были использованы в научно-исследовательских работах, проводимых на кафедре госпитальной терапии ФГБВОУ ВО «Военно-Медицинская академия имени С.М. Кирова» Министерства обороны Российской Федерации (VMA.03.12.02.1718/0060 и VMA.03.12.01.1416/0076) с целью моделирования процессов формирования кальнийсодсржашнх элементов в структуре аортального клапана.

В представленных материалах показана технология создания зондов на основе гндроксиапатнта, измерены и проанализированы данные адгезии микрогрануд гидрокснапатттта к различным участкам сердечного клапана, и »учены топологические особенности образцов на паиоструктурном уровне, прозе юно сравнение результатов, полученных стандартным зондом н зондом с гндроксиапатитом. Показана эффективность применения зондов с гндроксиапатитом для решения задач моделирования процессов формирования депозитов солей кальция в субэндотелиальном пространстве клапана аорты.

Использование разработанных Жуковым М.В. специализированных зондов позволило расширить представления о возможных механизмах патогенеза кальцинированного аортального стеноза.

Заведующий кафедрой госпитальной терапии Ф1ЪВОУ ВО «Военно-Медицинская академия имени С.М. Кирова» Министерства обороны Российской Федерации доктор медицинских наук профессор ,,

/ Гордненко

Подпись заведующего кафедрой госпитальпой терапии л.м.И профессора Гордненко А.В. заверяю ' А.

ЗМКСННЯЬ И!ГЬ4!**' " \

0ШГ»т>/ ■ „/'■: «V.8

A lluHvro»'.

Ir