Nanometrologie

Nanometrologie je rychle se rozvíjejícím oborem metrologie - vědy o měření. Na rozdíl od většiny typických metrologických disciplín se nanometrologie nezabývá jen jednou fyzikální veličinou, ale snaží se zabývat problematikou měření nejrůznějších veličin s vysokým prostorovým rozlišením, typicky v řádu nanometrů. To s sebou často nese i potřebu měření těchto veličin s vysokou přesností a ve velmi malých absolutních hodnotách.

Nanostruktury jsou všude kolem nás, ať už jsou vytvořené člověkem, nebo přírodou. Struktura a tvar povrchu ovlivňují funkční vlastnosti materiálu v jakémkoliv měřítku, nicméně právě v malých rozměrech se tento jev projevuje zdaleka nejvíce. Tvar a funkční vlastnosti jsou zde neoddělitelně propojeny a naším cílem je měřit obojí s to co možná nejvyšší přesností.

Shrnutí typických postupů a technik využívaných v oboru nanometrologie je možné provést podle veličin, které se snažíme měřit, jak je tomu na této stránce, nebo podle měřicích technik, které použijeme, jako je tomu v přehledu technik.

Pokud se pokusíme o výčet typických veličin, které se snažíme měřit, dostaneme následující seznam:

• měření morfologie a následně vyhodnocení tvarů a rozměrů,
• objemová struktura, tj. mapování rozložení materiálu pod povrchem vzorku,
• mechanické vlastnosti, jako jsou indentační tvrdost, nebo modul pružnosti,
• elektrické vlastnosti, jako kontaktní potenciál, nebo rozložení elektrostatického pole,
• magnetické vlastnosti, například rozložení magnetizace,
• termální vlastnosti, jako je tepelná vodivost či lokální teplota,
• lokální chemické složení, nebo alespoň veličiny jemu úměrné,
• optické vlastnosti, jako je index lomu, nebo absorpční koeficient.

Jak je uvedeno v přehledu technik, zdaleka nejčastěji používaným zařízením pro taková měření je rastrovací sondový mikroskop (SPM - scanning probe microscope). Provedení měření tak, aby výsledkem byly kvantitativní výsledky (číslo se známou nejistotou) je však často nesnadné a u mnohých z metod bohužel ještě stále nemožné.

Český metrologický institut není zdaleka jediným evropským národním metrologickým institutem věnujícím se nanometrologii. Důraz kladený na tento obor je přímo úměrný průmyslové rozvinutosti dané země a proto v významným hráčům na poli nanometrologie patří zejména Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Německo), National Physical Laboratory (UK), Metas (Švýcarsko), Mikes (Finsko), LNE (Francie), NMi (Nizozemí), INRIM (Itálie), a mnohé další. Metrologické instituty vzájemně spolupracují pří vývoji nových metod měření a interpretace dat v rámci projektů Euromet, EMRP a dalších.

Různým aspektům měření v nanoměřítku se věnují také mnohé špičkové vědecké instituce v České republice, například Fyzikální ústav AVČR, MFF UK, nebo Ústav přístrojové techniky AVČR

(c) CMI 2012