Применение стеклянных капилляров с внешним диаметром менее одного микрометра в манипуляторе, изготовленном на основе атомно-силового микроскопа

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Рассмотрены применения стеклянных капилляров с внешним диаметром на их остром конце менее 0.3 мкм в качестве зондов в манипуляторе, созданном на базе атомно-силового микроскопа (АСМ), работающего в динамическом полноконтактном режиме. Исследованы различные аспекты настройки системы обратной связи в данном режиме работы АСМ для корректного получения изображения топографии исследуемого образца. Приведены примеры использования капилляров в качестве зондов для перемещения нановискеров с характерным диаметром 100 нм и чешуек гексагонального нитрида бора (hBN) с характерными размерами от единиц до сотен микрометров. Показана возможность создания и перемещения капель жидкости объемом менее 100 аттолитров.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. А. Жуков

Институт физики твердого тела Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: azhukov@issp.ac.ru
Russian Federation, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, 2

С. B. Чекмазов

Институт физики твердого тела Российской академии наук

Email: azhukov@issp.ac.ru
Russian Federation, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, 2

И. С. Лакунов

Институт физики твердого тела Российской академии наук

Email: azhukov@issp.ac.ru
Russian Federation, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, 2

A. А. Мазилкин

Институт физики твердого тела Российской академии наук

Email: azhukov@issp.ac.ru
Russian Federation, 142432, Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, 2

Н. A. Баринов

Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)

Email: azhukov@issp.ac.ru
Russian Federation, 141701, Долгопрудный, Московская обл., Институтский пер., 9

Д. В. Клинов

Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)

Email: azhukov@issp.ac.ru
Russian Federation, 141701, Долгопрудный, Московская обл., Институтский пер., 9

References

  1. Hansma P.K., Drake B., Marti O., Gould S.A.C., Prater C.B. // Science. 1989. V. 243. P. 641. https://doi.org/10.1126/science.2464851
  2. Bergner St., Vatsyayan P., Matysik F.-M. // Analytica Chimica Acta. 2013. V. 775. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.aca.2012.12.042
  3. Polcari D., Dauphin-Ducharme Ph., Mauzeroll J. // Chem. Rev. 2016. V. 116. P. 13234. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00067
  4. Zhu Ch., Huang K., Siepser N.P., Baker L.A. // Chem. Rev. 2021. V. 121. P. 11726. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00962
  5. Waghulea T., Singhvi G., Dubey S.K., Pandey M.M., Gupta G., Singh M., Dua K. // Biomedicine & Pharmacotherapy. 2019. V. 109. Р. 1249. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2018.10.078
  6. Kolmogorov V.S., Erofeev A.S., Woodcock E., Efremov Y.M., Iakovlev A.P., Savin N.A., Alova A.V., Lavrushkina S.V., Kireev I.I., Prelovskaya A.O., Sviderskaya E.V., Scaini D., Klyachko N.L., Timashev P.S., Takahashi Ya. et al. // Nanoscale. 2021. V. 13. P. 6558. https://doi.org/10.1039/d0nr08349f
  7. Hennig S., Ries J., Klotzsch E., Ewers H., Vogel V. // Nano Lett. 2015. V. 15. P. 1374. https://doi.org/10.1021/nl2025954
  8. Shi X., Qing W., Marhaba T., Zhang W. // Electrochimica Acta. 2020. V. 332. P. 135472. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135472
  9. Izquierdo J., Fernández-Pérez B.M., Eifert A., Souto R.M., Kranz C. // Electrochimica Acta. 2016. V. 201. P. 320. https://doi.org/10.1016/j.electacta. 12.160
  10. Frederix P.L.T.M., Bosshart P.D., Akiyama T., Chami M., Gullo M.R., Blackstock J.J., Dooleweerdt K., de Rooij N.F., Staufer U., Engel A. // Nanotechnology. 2008. V. 19. P. 384004. https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/38/384004
  11. Macpherson J.V., Jones C.E., Barker A.L., Unwin P.R. // Anal. Chem. 2002. V. 74. P. 1841. https://doi.org/10.1021/ac0157472
  12. Kolagatla S., Subramanian P., Schechter A. // Nanoscale. 2018. V. 10. P. 6962. https://doi.org/10.1039/C8NR00849C
  13. Betzig E., Finn P.L., Weiner J.S. // Appl. Phys. 1992. Lett. V. 60. P. 2484. https://doi.org/10.1063/1.106940
  14. Жуков А.А., Романова С.Г. // ПТЭ. 2022. № 3. С. 141. https://doi.org/10.31857/S0032816222040085
  15. Zhukov A.A., Stolyarov V.S., Kononenko O.V. // Rev. Sci. Instrum. 2017. V. 88. P. 063701. https://doi.org/10.1063/1.4985006
  16. Voigtlaender B. Atomic Force Microscopy, Nature Switzerland AG: Springer, 2019.
  17. Жуков А.А. // ПТЭ. 2019. № 3. С. 120. https://doi.org/10.1134/S0032816219030303
  18. Frisenda R., Navarro-Moratalla E., Gant P., De Lara D.P., Jarillo-Herrero P., Gorbachev R.V., Castellanos-Gomez A. // Chemical Society Rev. 2018. V. 47. P. 53. https://doi.org/10.1039/C7CS00556C
  19. Castellanos-Gomez A., Buscema M., Molenaar R., Singh V., Janssen L., van der Zant H.S.J., Steele G.A. // 2D Mater. 2014. V. 1. P. 11002. https://doi.org/10.1088/2053-1583/1/1/011002
  20. Ribeiro-Palau R., Zhang Ch., Watanabe K., Taniguchi T., Hone J., Dean C.R. // Sience. 2018. V. 361. P. 690. https://doi.org/10.1126/science.aat6981
  21. Schneider G.F., Calado V.E., Zandbergen H., Vandersypen L.M.K., Dekker C. // Nano Lett. 2010. V. 10. P. 1912. https://doi.org/10.1021/nl102069z
  22. Yankowitz M., Xue J., Cormode D., Sanchez-Yamagishi J.D., Watanabe K., Taniguchi T., Jarillo-Herrero P., Jacquod P., LeRoy B.J. // Nat. Phys. 2012. V. 8. P. 382. https://doi.org/10.1038/nphys2272
  23. Woods C.R., Britnell L., Eckmann A., Ma R.S., Lu J.C., Guo H.M., Lin X., Yu G.L., Cao Y., Gorbachev R.V., Kretinin A.V., Park J., Ponomarenko L.A., Katsnelson M.I., Gornostyrev Y.N. // Nat. Phys. 2014. V. 10. P. 451. https://doi.org/10.1038/nphys2954
  24. Hunt B., Sanchez-Yamagishi J.D., Young A.F., Yankowitz M., LeRoy B.J., Watanabe K., Taniguchi T., Moon P., Koshino M., Jarillo-Herrero P., Ashoori R.C. // Science. 2013. V. 340. P. 1427. https://doi.org/10.1126/science.1237240
  25. Ponomarenko L.A., Gorbachev R.V., Yu G.L., Elias D.C., Jalil R., Patel A.A., Mishchenko A., Mayorov A.S., Woods C.R., Wallbank J.R., Mucha-Kruczynski M., Piot B.A., Potemski M., Grigorieva I.V., Novoselov K.S. et al. // Nature. 2013. V. 497. P. 594. https://doi.org/10.1038/nature12187
  26. Dean C.R., Wang L., Maher P., Forsythe C., Ghahari F., Gao Y., Katoch J., Ishigami M., Moon P., Koshino M., Taniguchi T., Watanabe K., Shepard K.L., Hone J., Kim P. // Nature. 2013. V. 497. P. 598. https://doi.org/10.1038/nature12186
  27. Piner R.D., Zhu J., Xu F., Hong S., Mirkin C.A. // Science. 1999. V. 283. P. 661. https://doi.org/10.1126/science.283.5402.661
  28. Ginger D.S., Zhang H., Mirkin Ch.A. // Angewandte Chemie International Edition. 2004. V. 43. P. 30. https://doi.org/10.1002/anie.200300608

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Resonance curves of the quartz oscillator R(F) for different values ​​of its displacement (h) above the substrate surface. The resonance frequency of the freely oscillating quartz resonator with an attached capillary F = 22,840 Hz is marked by the vertical black line. The optimal frequency for correct operation of the AFM feedback system F = 23,000 Hz is marked by the vertical red line.

Download (200KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. a) Result of measuring the relief of the standard calibration grating (TGZ1, NT-MDT SI). b) Profile of the measured relief along the fast scanning direction. The scales in Fig. a and b along the horizontal axis coincide.

Download (180KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. a) General view of the substrate and capillary. b) Initial position of InAs nanowhiskers. c) Final position of nanowhiskers. The scales in Fig. b and c are the same. Images a–c were obtained using an optical microscope. d) Final position of nanowhiskers (T-shaped configuration) obtained using a scanning electron microscope.

Download (286KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. An example of moving a micron-sized hBN plate using a small-diameter glass capillary. The white corner in the figures marks the initial position of the right edge of the plate. The scales in Fig. a and b are the same.

Download (171KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Stages of the process of moving a large (more than 100 micrometers) hBN plate: a–d – moving the probe under the sheet, e–l – separating the sheet from the surface, m – the hBN sheet lies on the capillary, i.e. is prepared for moving to another place on the given substrate or for transfer to another substrate. The scales in Fig. a–i and Fig. k–m coincide.

Download (1MB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. a, b) Examples of rotation of a large hBN sheet around the rotation point (black circle). c, d) Examples of parallel movement of a large hBN sheet. The scales in Fig. a and b, as well as in Fig. c and d, are the same.

Download (542KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Example of creating a rotation point of the hBN sheet. The scales in all images are the same.

Download (651KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. An example of creating and moving liquid droplets (droplets A and B are marked with arrows) on the surface of the substrate. The scales of the images in both figures are the same.

Download (191KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences