Electromechanical Detection in Scanning Probe Microscopy: Tip Models and Materials Contrast

The rapid development of nanoscience and nanotechnology in the last two decades was stimulated by the emergence of scanning probe microscopy (SPM) techniques capable of accessing local material properties, including transport, mechanical, and electromechanical behavior on the nanoscale. Here, we analyze the general principles of electromechanical probing by piezoresponse force microscopy (PFM), a scanning probe technique applicable to a broad range of piezoelectric and ferroelectric materials. The physics of image formation in PFM is compared to Scanning Tunneling Microscopy and Atomic Force Microscopy in terms of the tensorial nature of excitation and the detection signals and signal dependence on the tip-surface contact area. It is shown that its insensitivity to contact area, capability for vector detection, and strong orientational dependence render this technique a distinct class of SPM. The relationship between vertical and lateral PFM signals and material properties are derived analytically for two cases: transversally-isotropic piezoelectric materials in the limit of weak elastic anisotropy, and anisotropic piezoelectric materials in the limit of weak elastic and dielectric anisotropies. The integral representations for PFM response for fully anisotropic material are also obtained. The image formation mechanism for conventional (e.g., sphere and cone) and multipole tips corresponding to emerging shielded and strip-line type probes are analyzed. Resolution limits in PFM and possible applications for orientation imaging on the nanoscale and molecular resolution imaging are discussed.Comment: 74 pages, 18 figures, 5 appendices, to be submitted to Phys. Rev. B (high-quality figures are available upon request

Botanical gardens and arboreta of higher school

Высокие темпы развития научно-технического прогресса, сопряженные со стремительными изменениями в социальном устройстве российского общества, приводят к тому, что в ми- роощущении человека начинает преобладать прагматическое отношение к действительности. Однако такой подход не приближает нас к истинной гармонии в обществе и к гармонич- ным отношениям между обществом и природой. К сожалению, живое общение с природой нередко ограничено в условиях возрастающей урбанизации. В этой ситуации ботанические сады могут выступать в роли посредника между природой и обществом и активно участвовать в формировании общественного самосознания и мировоззрения человека. Имеющийся опыт разнообразной деятельности садов показывает, что в настоящее время она может затрагивать практически все сферы жизни общества. С каждым днем функции ботанических садов расширяются. Насущными требованиями времени стали накопленный опытом актив- ный обмен, изучение традиций ботанических садов, широкое обсуждение перспектив развития разных направлений взаимодействия садов и общества. Данная работа посвящена ана лизу деятельности ботанических садов университетов России в современных условиях. Коллекции живых организмов создаются с различными целями. Около 30 % всех известных видов сосудистых растений содержатся в учреждениях, называемых «ботаническими садами». Международный совет ботанических садов по охране растений (BGCI) в 1989 г. дал список характеристик, отличающих ботанический сад: научная основа коллекций; регистрация коллекций, включающая сведения естественной среды обитания видов; этикетирование растений; доступность для посетителей; возможность проведения научных исследований на материале растительных коллекций. BGCI предложил новое определение ботанического сада, отвечающее вышеуказанным критериям; «Ботаническими садами являются организации, имеющие документированные коллекции живых растений, использующие их для научных исследований, сохранения биоразнообразия, демонстрации и образовательных целей». В настоящий момент в 153 странах мира функционируют уже более 2 200 ботанических садов, численность коллекций в которых варьируется от сотен до де- сятков тысяч таксонов. В базе данных Совета ботанических садов России значатся 107 ботанических садов и дендрологических парков (арборетумов) России, в т. ч. 40 ботанических садов в системе Министерства образования Российской Федерации