А́ТОМНЫЙ ЗОНД

А́ТОМНЫЙ ЗОНД, мик­ро­ана­ли­за­тор с раз­ре­ше­ни­ем по­ряд­ка раз­ме­ра ато­ма, пред­став­ляю­щий со­бой ион­ный про­ек­тор в со­че­та­нии с масс-спек­тро­мет­ром. По­ле­вой ион­ный мик­ро­скоп (ион­ный про­ек­тор) по­зво­ля­ет вы­брать для ана­ли­за та­кую ма­лую об­ласть, ко­то­рая со­сто­ит из груп­пы ато­мов или да­же од­но­го ато­ма. Су­ще­ст­ву­ют ва­ри­ан­ты т. н. изо­бра­жаю­ще­го А. з., ко­то­рый ана­ли­зи­ру­ет все ато­мы, ви­ди­мые на по­верх­но­сти. Вы­бран­ный для ис­сле­до­ва­ния атом (или ато­мы) уда­ля­ет­ся с по­верх­но­сти и ио­ни­зу­ет­ся элек­трич. по­лем (см. Ио­ни­за­ция по­лем), а за­тем на­прав­ля­ет­ся в масс-спек­тро­метр для иден­ти­фи­ка­ции. А. з. вы­яв­ля­ет не толь­ко мас­су, но и крат­ность за­ря­да ана­ли­зи­руе­мо­го ио­на.

Пер­вый А. з. из­го­тов­лен нем. фи­зи­ком Э. Мюл­ле­ром с со­труд­ни­ка­ми в 1968. Это был уз­ко­апер­тур­ный А. з. с ана­ли­зом ио­нов по вре­ме­ни про­лё­та (вре­мя­про­лёт­ный А. з.). Ко­рот­кий вы­со­ко­вольт­ный им­пульс на­пря­же­ния про­из­во­дил ис­па­ре­ние ато­мов по­верх­но­сти (т. е. ио­ни­за­цию), в т. ч. вы­бран­но­го ато­ма. Об­ра­зо­вав­ший­ся ион сквозь зон­до­вое от­вер­стие по­па­дал в дрей­фо­вое про­стран­ст­во и в кон­це дрей­фа ре­ги­ст­ри­ро­вал­ся де­тек­то­ром. По вре­ме­ни дрей­фа, ко­то­рое за­ви­сит от от­но­ше­ния мас­сы ио­на к его за­ря­ду, иден­ти­фи­ци­ро­вал­ся атом. В даль­ней­шем для уве­ли­че­ния яр­ко­сти по­ле­во­го ион­но­го изо­бра­же­ния ста­ли ис­поль­зо­вать мик­ро­ка­наль­ные элек­трон­ные ум­но­жи­те­ли. Спек­тро­мет­рич. раз­ре­ше­ние по мас­се ($M$) вре­мя­про­лёт­но­го А. з. $ΔM/M=$ 10^–3 (на по­лу­вы­со­те пи­ка). Та­ко­го раз­ре­ше­ния дос­та­точ­но для оп­ре­де­ле­ния нук­ли­дов лю­бо­го эле­мен­та. Вре­мя­про­лёт­ный А. з. по­зво­ля­ет на­блю­дать пол­ный спектр масс ато­мов от из­бран­но­го уча­ст­ка объ­ек­та. Од­на­ко для вы­со­ко­го масс-спек­тро­мет­рич. раз­ре­ше­ния не­об­хо­дим очень ко­рот­кий (по­ряд­ка 10 нс) ио­ни­зую­щий им­пульс с кру­ты­ми фрон­та­ми, что за­труд­ня­ет ис­сле­до­ва­ния не­ко­то­рых по­лу­про­вод­ни­ков. Вме­сто элек­трич. им­пуль­са ис­поль­зу­ют так­же ко­рот­кий ла­зер­ный им­пульс. В этом слу­чае фрон­ты им­пуль­са не ис­ка­жа­ют­ся и до­пус­ти­ма ра­бо­та с по­лу­про­вод­ни­ка­ми.

За­ме­на в А. з. вре­мя­про­лёт­но­го масс-спек­тро­мет­ра маг­нит­ным (маг­нит­ный А. з.) сня­ла жё­ст­кие тре­бо­ва­ния к ио­ни­зую­ще­му им­пуль­су. Пре­иму­ще­ст­вом маг­нит­ной фо­ку­си­ров­ки яв­ля­ет­ся воз­мож­ность при­ме­не­ния боль­ших ус­ко­ряю­щих на­пря­же­ний, что да­ёт боль­шую яр­кость изо­бра­же­ния, дос­та­точ­ную для ки­но­съём­ки быс­тро­про­те­каю­щих яв­ле­ний на по­верх­но­сти. Кро­ме то­го, маг­нит­ный А. з. ха­рак­те­ри­зу­ет­ся вы­со­ким раз­ре­ше­ни­ем по мас­сам. Од­на­ко он не по­зво­ля­ет в од­ном опы­те про­смот­реть все воз­мож­ные мас­сы, а тре­бу­ет на­строй­ки на оп­ре­де­лён­ный уча­сток спек­тра.

Уз­ко­апер­тур­ный А. з. по­зво­ля­ет ана­ли­зи­ро­вать од­но­вре­мен­но лишь ма­лую об­ласть объ­ек­та. Это ог­ра­ни­че­ние сни­ма­ет ши­ро­ко­уголь­ный вре­мя­про­лёт­ный А. з., в ко­то­ром в ка­че­ст­ве де­тек­то­ра ионов ис­поль­зу­ет­ся во­гну­тая сфе­рич. мик­ро­ка­наль­ная пла­сти­на, а ост­риё-объ­ект по­ме­ща­ет­ся в центр кри­виз­ны пла­сти­ны. Все ио­ны, воз­ни­каю­щие на ис­сле­дуе­мой по­верх­но­сти, про­хо­дят оди­на­ко­вое рас­стоя­ние до де­тек­то­ра, раз­де­ля­ясь во вре­мя дрей­фа на па­ке­ты в со­от­вет­ствии с от­но­ше­ни­ем за­ря­да к мас­се. Ши­ро­ко­уголь­ный А. з. по­зво­ля­ет вы­яв­лять эф­фек­ты ани­зо­тро­пии и др. ло­каль­ные эф­фек­ты.

Совр. ком­пь­ю­тер­ная об­ра­бот­ка по­лу­чае­мых изо­бра­же­ний и масс-спек­тров по­зво­ля­ет ви­зуа­ли­зи­ро­вать по­ло­же­ние раз­ных ато­мов, фа­зо­вые гра­ни­цы и де­фек­ты ре­шёт­ки кри­стал­ла. А. з. при­ме­ня­ет­ся в ме­тал­ло­ве­де­нии при изу­че­нии на­чаль­ных ста­дий рас­па­да и сег­ре­га­ции в спла­вах, ра­диа­ци­он­ных эф­фек­тов и т. п.