 |
Структура оформления исследований
|
|
|
|
Сканирующая туннельная и
атомно-силовая микроскопия:
Лабораторные работы
На микроскопе СММ-2000 -
Оформление исследований
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Сканирующая туннельная и
атомно-силовая микроскопия:
Лабораторные работы
На микроскопе СММ-2000 -
Оформление исследований
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
МОСКВА - 2007
УДК 621.385.833, 539.107.8
Составитель: Б.А.Логинов, старш. препод. каф.60 МИФИ (ТУ)
В авторской редакции
Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия: лабораторные работы на микроскопе СММ-2000 – оформление исследований (учебное пособие) / Б.А.Логинов. Москва, МИФИ (ГУ), 2007, 142 стр.
Книга предназначена для студентов 4-го курса кафедры 60 «Радиационная физика конденсированной материи» ГОУ МИФИ (ГУ) или иных кафедр и ВУЗ-ов, использующих сканирующие мульти-микроскопы СММ-2000 в качестве учебных пособий для практикумов по зондовой микроскопии. Учебное пособие состоит их трёх глав. В первой главе излагается структура оформления лабораторных работ - исследований на микроскопе СММ-2000 в сканирующем туннельном и атомно-силовом режимах, объясняются назначение и специфика изложения элементов структуры – названия, списка авторов, постановки задачи, экспериментальной части, результатов и обсуждения, выводов и списка литературы. Вторая и третья главы состоят из примеров оформления лабораторных работ - исследований, проведённых и оформленных студентами 4-го курса МИФИ (группа Т08-60) на кафедре 60 «Радиационная физика конденсированной материи» по курсу «Практикум по зондовой микроскопии» в 2005 году (глава 2, исследования одного автора) и 2006 году (глава 3, коллективные исследования).
|
|
|
Рисунков: 174, Табл. -, Прил. -
Подготовлено кафедрой 60 «Радиационная физика конденсированной материи» ГОУ МИФИ (ГУ), г. Москва при поддержке Федерального агентства по образованию.
УДК 621.385.833, 539.107.8
| ГОУ Московский инженерно- физический институт (ТУ) – 2007 |
|
| Авторы – 2007 |
СОДЕРЖАНИЕ
| 1. | Структура оформления исследований | |
| 2. | Оформления исследований одного автора | |
| 2.1 | Исследование структуры поверхности стали, подвергнутой бомбардировке частицами кобальта со скоростью 2 км/с, методом сканирующей атомно-силовой микроскопии | |
| 2.2 | Исследование поверхности пьезокерамики ЦТС-19 с помощью сканирующей атомно-силовой микроскопии | |
| 2.3 | Исследование поверхности подвергшихся окислению и наводораживанию пленок нитрида титана посредством сканирующей туннельной микроскопии | |
| 2.4 | Исследование поверхности твердосплавной концевой меры шероховатости с помощью сканирующей атомно-силовой микроскопии | |
| 2.5 | Исследование поверхности биочипа посредством сканирующей туннельной микроскопии | |
| 2.6 | Исследование поверхности пористого кремния, полученного методом направленного электролитического травления, с помощью сканирующей атомно-силовой микроскопии | |
| 2.7 | Исследование качества и структурного состава защитных плёнок нитрида титата методом сканирующей туннельной микроскопии | |
| 2.8 | Исследование поверхности вермикулита с помощью сканирующей атомно-силовой микроскопии | |
| 2.9 | Изучение поверхности рентгеновского зеркала с помощью сканирующей атомно-силовой микроскопии | |
| 2.10 | Исследование изменений микроструктуры конструкционной стали при её механическом разрыве методом сканирующей туннельной микроскопии | |
| 2.11 | Исследование поверхности пиролитического графита, использующегося для защиты поверхности сопел ракетных двигателей, методом сканирующей туннельной микроскопии | |
| 2.12 | Исследование поверхности биочипа посредством атомно-силовой микроскопии | |
| 3. | Оформления коллективных исследований | |
| 3.1 | Наблюдение процесса образования наночастиц при нанесении атомов хрома на ситаловую подложку методом молекулярной лучевой эпитаксии | |
| 3.2 | Морфология поверхности образцов из нанопорошковой стали различного элементного состава, подвергнутых статическому нагружению с разрывом | |
| 3.3 | Исследование различий в нано- и микроструктурах плёнок нитрида титата и золота |
Структура оформления исследований
|
|
|
Структура оформления исследований в сканирующем туннельном и атомно-силовом микроскопах подчиняется общим правилам оформления экспериментальных работ, которые исходят из самой логики научного исследования. Их придерживаются независимо от того, на каком экспериментальном оборудовании, от тестера до синхротрона, они делаются, и какого они объёма и уровня, единичное ли это пятиминутное наблюдение, курсовая, дипломная, кандидатская или, например, докторская работы.
Когда исследователь проводит какую-то работу, желательно, чтобы он с самого начала представлял структуру того как он её оформит в дальнейшем – это делает работу исследователя более правильной и осмысленной, а логика его работы, отражённая в дальнейшем в структуре оформления, будет понятна остальным.
Даже если экспериментальные наблюдения у исследователя получились не потому что он ставил такую задачу или ему поставил задачу его руководитель, а получились по воле случая, по «интуиции», по «обстоятельствам» или по каким-то другим причинам, отличным от логического пути развития науки, при оформлении работы желательно задним числом придумать ту логику, ту «легенду логики», исходя из которой начали вестись данные эксперименты. Это в любом случае принесёт пользу, в том числе может привести исследователя к пониманию ненужности его работы или, наоборот, к новым научным открытиям в своей же работе, а исследование станет более понятным остальному научному миру, играющим по правилам логического построения науки и которому важно следить не только за экспериментальными фактами, но и за красотой логики развития человеческой мысли, без чего сами экспериментальные факты иногда становятся не очень интересны.
|
|
|
Структура оформления исследований содержит следующие разделы:
Название
Авторы
Организация
Контакты
Аннотация
Постановка задачи
Экспериментальная часть
Результаты и обсуждение
Выводы
Список литературы
Разделы «Название», «Авторы», «Организация», «Контакты» и «Аннотация» заполняются при оформлении работ в самом конце, после заполнения всех остальных разделов, т.к. аннотация, а потом название являются лишь квинтэссенцией, заключительным аккордом того, что в итоге получилось в работе, а сведения об авторах, организации и тем более контакты следует выдавать ещё позднее, только после того когда есть уверенность что работа на самом деле получилась и её, вообще-то говоря, можно выпускать в свет.
Первым разделом, который необходимо заполнять при оформлении, осмыслять в начале научной работы и с которого начинается сама логика научной работы, является «Постановка задачи». В более общем смысле, она содержит внутри себя последовательно идущие «Введение», в котором автор «внушает» себе и остальным почему актуально заняться тем или иным исследованием; «Литературный обзор», который проделывает автор для того чтобы вовремя обнаружить что кто-то уже сделал замысленное им, вовремя остановиться и не делать исследование, или, в основном, для того, чтобы подсобирать все имеющиеся исследования и идеи для того чтобы опереться на них как на базу в логике развития науки для своего нового исследования; а также из собственно «постановки задачи», где осмысленного формулируется цель и перечень счастливого остатка его собственных первоначальных идей по исследованиям, уменьшившихся из-за того что был сделан литературный обзор и стало понято, что многое уже сделано остальными.
|
|
|
Считается, что удачное заполнение этого первого раздела научной работы является чуть ли не половиной от выполнения всей работы в целом. Именно этот первый раздел, отражающий «легенду» работы, интересен остальным как логика Вашей научной работы, и именно его нужно придумать в том случае, если по какой-то причине при выполнении исследования он был пропущен. Не очень-то исследователи, особенно молодые или которые не привыкли работать в соответствии с логикой развития науки, могут самостоятельно подступиться к оформлению этого первого раздела. Очень важную роль здесь играет мудрое научное руководство ими – со стороны их научных руководителей. Наличие научного руководителя, возглавляющего или хотя бы работающего в настоящей научной школе, и наличие у научного руководителя частички желания и времени в сторону его менее опытного ученика зачастую является самым важным фактором успешного начала любой научной работы, осмысление которой начинается с заполнения первого раздела «Постановка задачи».
При заполнении раздела «Постановка задачи» автоматически начинает заполняться и раздел «Список литературы», т.к. он сопутствует «Литературному обзору» раздела «Постановка задачи». Следует обратить внимание на правильность заполнения каждой ссылки на литературу, т.к. в отдельных случаях (кандидатская, докторская диссертации, оформление статьи в отдельные журналы отдельных издательств) это играет важную роль. Диссертация может быть признана не удовлетворяющей правилам оформления из-за пропуска нескольких знаков в этом списке литературы, и Вы её не защитите по этой простой причине, несмотря на безукоризненность работы, сделанной по сути диссертации. Ссылка на работу должны заключать список авторов (И.О. Фамилия или Фамилия И.О. в зависимости от требований разных изданий, пробел между И.О. и Фамилией, запятая с пробелом есть следующий автор и точка с пробелом если больше авторов нет), «Наименование работы» с большой буквы, в кавычках и с точкой после заключительной кавычки, далее значок // (две наклонные черты) и официальное название источника - журнала, книги, тезисов конференции и т.д. Правильное написание названия источника лучше всего взять из списков литератур уже прошедших защиту диссертаций или из списков литератур тех журналов, публикация работ в которых засчитывается как публикация, допускаемая к внесению в список литературы докторской диссертации – это не все журналы, а только примерно половина из общего их числа.
Список литературы традиционно приводится в конце работы, так как ссылки в тексте на определённую литературу могут быть и во всех последующих разделах.
|
|
|
Следующим разделом, особенно любимым экспериментаторами, является «Экспериментальная часть». Но перед собственно описанием что было сделано и какие замечательные экспериментальные данные были получены, обязательно надо сначала описать технику эксперимента – на каких приборах были проведены исследования и в каких режимах и почему они использовались, желательно с объяснением принципов работы этих режимов. Во-первых, этим показывается, что выбор прибора был Вами сделан осознанно оптимальным для выполнения тех целей, которые Вы утвердили себе в конце «Постановки задачи». Кроме того, без подробного описания приборов никто не будет верить последующим описаниям Ваших замечательных экспериментальных данных, если не описать приборы и не показать, что им можно верить.
Если в экспериментах использовался известный серийно выпускаемый научный прибор – надо точно указать его марку и изготовителя, который, если это зарекомендовавший себя изготовитель, своим именем дополнительно придаст веру в верность Ваших замечательных экспериментальных данных. Если у прибора имеется сертификат, желательно указать и его, т.к. сертификаты обычно выдают Государственные или другие независимые коллегиальные органы после регламентированных испытаний прибора. При описании выбранных режимов работы серийного прибора желательно также сослаться на какой-то документ (описание прибора или статью, описывающую прибор или его работу) как на источник Вашей уверенности в том, что Вы правильно думаете о назначении и принципах работы используемых режимов прибора.
Если для проведения эксперимента был создан новый уникальный прибор, или какой-то серийный прибор был немного модифицирован, простыми указаниями о названии прибора не обойтись – надо очень подробно описать конструкцию всего прибора, принципы и алгоритмы его работы, процедуру его настройки, калибровки и тестирования.
Далее, если прибор для своей работы нуждается в каком-то расходном элементе – например, СТМ или АСМ- зонде, надо описать какой конкретно из множества разновидностей этих элементов (например, зондов) был использован, какие у него характеристики и как он был доработан или закреплён, если Вы с ним это делали. Здесь, так же как с прибором, надо показать и остальным, и себе, что выбор характеристик этого расходного элемента вёлся Вами осознанно и оптимально для Вашей задачи.
Далее в экспериментальной части следует описать тот образец или образцы, которые были исследованы. Это и размеры, и материал, и способ изготовления образца, и его источник, и способы установки и крепления в прибор. Таким образом, и здесь необходимо показать другим и заодно себе, что приготовление образца и способ подготовки его к исследования верны и отвечают поставленным в первом разделе задачам.
Далее собственно надо перечислять все те экспериментальные данные, которые были последовательно получены, наподобие того, как они записываются в журнал проведения экспериментов. Лучше, если эти данные представлены «как есть», без их осмысления в этом разделе, т.к. это дело следующего раздела, а также потому, что если это начинать делать в этом разделе, можно поддаться искушению и выбросить те данные, которые не ложатся в Вашу логику осмысления, но могли бы быть осмыслены другими исследователями, почитавшими о Ваших беспристрастно изложенных экспериментальных данных. Все эти данные должны быть сопровождены теми существенными условиями их получения, от которых они могли зависеть. Например, для зондовых микроскопов, если от этого бы зависел вид кадров, необходимо было бы приводить скорость сканирования, число точек усреднения в каждой точке, величину нажима кантилевера или величину туннельного тока и т.д.
Следующий раздел «Результаты и обсуждение» должен содержать те Ваши рассуждения о данных эксперимента, которые логически полезны для решения вопросов из раздела «постановка задач». Здесь полезно сделать все возможные сравнения экспериментальных данных, обобщая некоторые похожие из них в группы, и затем выявляя существенные отличия таких групп друг от друга. В этом разделе необходимо подробно приводить эти Ваши рассуждения в логике их развития, сопровождая их ссылкой на графики, кадры или рисунки, чтобы читающий Вашу работу другой человек мог бы отследить их правильность. Чаще всего в ходе оформления данного раздела для завершения доказательств возникших рассуждений и обобщений исследователю не хватает уже сделанных экспериментальных данных, и он проводит дополнительные эксперименты, дополняя ими в дальнейшем раздел «Экспериментальные данные».
В конце раздела «Результаты и обсуждение» не надо делать обобщающих заключений, отвечающих на поставленные в разделе «Постановка задачи» вопросы, т.к. это надо отражать в следующем разделе «Выводы». Будучи фактически последним разделом в логике оформления работы, на самом деле это наиболее важный раздел работы. Это итог Вашей работы, и его обязанность иметь НОВИЗНУ, ведь именно она есть результат всей Вашей научной работы, это именно тот продукт, который должен выдавать научный работник. Человек, делающий или сделавший диссертацию, может не помнить ни то, как каких приборах он работал, ни то, какие хитросплетения рассуждений он делал, он может не помнить даже названия работы, но, если разбудить его ночью, он должен спросонья очень точно и чётко ответить, в чём новизна его работы, т.к. это фактически равнозначно ответу на вопрос – что он, вообще говоря, для науки сделал. На этот вопрос надо научиться в каждой работе отвечать так просто, чтобы ответ понял любой человек, вплоть до Ваших домашних и Ваших детей. Поэтому, если работа у Вас пошла так, что особенной новизны не получилось, не нужно отчаиваться, но и не нужно «натягивать» эту работу до нужной в данный момент Вашей жизни (дипломной, кандидатской и т.д.), нужно просто опубликовать её как есть, особенно подробно изложив экспериментальные данные, и позиционировать её для других и для себя в ряд Ваших работ, на которых Вы растёте и оттачиваете своё мастерство научного работника. При этом о Вас будут гораздо лучшего мнения, Вы сами будете горды тем что сделали правильный поступок и Вам будет открыто гораздо больше перспектив, чем если на публичной защите Вашей работы кто-то задаст очень простой, но сложный для Вас вопрос – что собственно Вы сделали – или этот вопрос Вам зададут Ваши друзья, родные, или Вы сами себе.
Раздел «Список литературы» будем считать оформленным по ходу оформления предудущих разделов, которые на него ссылаются. Тогда следующим оформляемым разделом является «Аннотация», являющаяся кратким описанием и того, что «делалось», и того, что «сделалось» в работе. В разделе «Выводы» уже приводились итоговые результаты работы, но это только описание того что «сделалось» - их надо перенести в конец раздела «Аннотация», ещё немного ужав. Стиль повествования в разделе «Аннотация» обычно повествовательный, в «прошлом времени»: в данной работе изучалось то-то, с помощью того-то и того-то, были получены следующие выводы…. Аннотация является довольно важным разделом оформления, т.к. сначала читают её, а потом уже решают, читать ли всю работу. Изложение должно быть предельно лаконично, но по возможности немного интригующе, чтобы заинтересовать читателя, хотя должна оставаться в пределах «строгости логической научной мысли». Можно в него включить несколько актуальных и «модных» на момент опубликования работы научных терминов и ключевых слов, например, приставку «нано», являющуюся актуальной в начале 21 века, как, например, была «высокотемпературная сверхпроводимость» в 80-е года 20-го века.
«Название» также является одним из самых важных разделов оформления, оно должно быть как можно более кратким, но при этом точно и полно характеризующим то положение и ту часть, которое занимает Ваша работа в структуре знаний в целом. Если можно обойтись в названии без каких-то уточняющих слов, это надо сделать, т.к. по длине названия можно легко судить, какую степень общности и важности имеет Ваша работа в структуре знаний. Мало есть людей, внесших в кладезь знаний свою такую значительную лепту, что изучаемое ими явление даже названо отдельным новым словом, обозначающим целое научное направление. Например, «мезомеханика», «трибоника», «нанотехнология» - придумывались отдельными научными лидерами, открывшими эти новые научные направления, но в момент открытия это были очень незначительные слова, которые, хотя и не имели аналогов, не имели пока и никаких разделов и подразделов. Вы сейчас не сможете опубликовать работу с названием «нанотехнология», т.к. сейчас это уже слишком общее название, обозначающее сейчас уже целое направление, с многими разделами и подразделами. Делая работу сейчас по нанотехнологиям, Вы должны будете назвать статью так, чтобы отразить, какое уточнение делает Ваша работа в таком-то подразделе такого-то раздела нанотехнологии. Например, «исследование поведения квантовых точек на оксиде алюминия при температурах более 200С» означает, что Ваша работа уточняет лишь частный случай нанотехнологии - исследования наноразмерных частиц, обладающих квантовыми эффектами - квантовых точек, причём именно отдельного вида – из оксида алюминия, и именно в частном случае – при температурах более 200С. Например, если бы вместо предыдущего названия у Вас было бы название «Квантовые точки как вариант нанотехнологий», все бы понимали, что Вы представляете целый подраздел нанотехнологий и делаете весьма общую работу, достойную, при её успешном развитии с возникновением разделов, подразделов и всяческих уточнений, самых больших званий и премий.
Раздел «Авторы» заполняется по числу «авторов» - т.е. тех, кто внёс вклад в формирование научной новизны, как итога этой работы. Вопрос о том, включать ли в авторы всех, кто был в лаборатории при выполнении Вами работы, или, наоборот, не включать никого кроме себя, как всегда, имеет крайности и имеет все промежуточные жизненные позиции. Представляется правильным включать только тех, кто внёс не материальный, а интеллектуальный вклад в работу, (чьи рассуждения присовокупились к этой работе), т.к. это научная работа, относящаяся к сфере интеллекта. Тех, кто для выполнения этой работы выделил материальные ресурсы (деньги, оборудование ит.д.), работал, например, оператором на оборудовании без привнесения своих мыслей в логику работы, редактировал работу, консультировал Вас, выкладывая свои знания, но не принимая участия в развитии Ваших мыслей, и т.д. - обычно принято перечислить в самом конце работы со словами благодарности им.
При заполнении раздела «Организация» надо обратить внимание на то, что чаще всего должно быть указано полное юридическое наименование организации, с указанием формы собственности. Требование к указанию полного почтового адреса или просто указания города обычно разнится для разных изданий – иногда даже вообще не требуется их указывать. Но, если не оговорено особо, стоит указать и потовый индекс, и фактический адрес, и даже название Интернет-сайта.
В разделе «Контакты» необходимо указывать не общие телефоны и эл. почту организации, а такие телефоны и эл. почту, по которым можно скорее всего разыскать Вас или остальных авторов работы. Имеет смысл указывать личные телефоны и эл. почту, т.к. чаще всего в ответ на публикацию Вы получите новые полезные знакомства от научных людей, прочитавших Вашу работу и как-то заинтересовавшихся либо самой работой, либо Вами лично как личностью, которая может проводить такие работы.
| Далее в главах 2 и 3 в качестве реальных примеров оформления работ будут приведены работы, выполненные студентами 4-го курса ГОУ МИФИ (ТУ) кафедры 60 «Радиационная физика конденси-рованной материи» (группа Т08-60), имеющей учебный класс из 4-х сканирующих мульти-микроскопов СММ-2000 (СТМ/АСМ, изготовитель Завод Протон-МИЭТ, г. Зеленоград, №98008025 в Госреестре средств измерения с 1998 года) | 
Логинов Борис Альбертович
старш.преподаватель МИФИ
нач.лаборатории МИЭТ (ТУ)
(095)532-98-31, logi@miee.ru
|
Работы из главы 2 сделаны студентами 4-го курса весной 2005 года, а из главы 3 – студентами 4-го курса весной 2006 года. В оформлении этих работ присутствуют некоторые неточности и несоответствия высказанным рекомендациям, но работы приведены «как есть», на самом деле заслужив почти без исключения высшей оценки «отлично» при сдаче преподавателю в качестве зачётных работ по одно-семестровому курсу «Практикум по зондовой микроскопии».
Конечно же, для выполнения студентами нижеприведённых работ преподавателю, автору данного учебного пособия, так же как и другим преподавателям аналогичных «Практикумов по зондовой микроскопии» необходимо предварительно готовиться, чтобы и выдать студентам интересные на настоящее время образцы, и сформулировать интересную и понятную задачу их исследования. Выходом здесь является привлечение тех различных научных организаций, с которыми у преподавателя сложились научное сотрудничество, с которыми имеются совместные успешные и актуальные проекты и гранты. Обычно такие организации с радостью помогают в подготовке образцов, т.к. понимают, что готовятся очень нужные молодые специалисты, умеющие практически работать на зондовых микроскопах, что нужно и этим организациям, и науке в целом.
|
|
|
