Concept/Principiul/Structura/Caracteristicile microscopului cu sondă de scanare
Microscop cu sondă de scanare este un termen colectiv pentru diferite tipuri noi de microscoape cu sondă (microscop cu forță atomică, microscop cu forță electrostatică, microscop cu forță magnetică, microscop cu scanare cu conductivitate ionică, microscop electrochimic cu scanare etc.) dezvoltat pe baza microscopului cu scanare tunel. Este un instrument de analiză a suprafeței dezvoltat la nivel internațional în ultimii ani.
Principiul și structura microscopiei cu sonde de scanare
Principiul de bază de lucru al unui microscop cu sondă de scanare este de a utiliza interacțiunea dintre sondă și atomii și moleculele de suprafață ale probei, adică de a forma diferite câmpuri fizice de interacțiune atunci când sonda și suprafața probei sunt aproape de scara nanometrică, și pentru a obține morfologia de suprafață a probei prin detectarea cantităților fizice corespunzătoare. Microscopul cu sondă de scanare este format din cinci părți: o sondă, un scaner, un senzor de deplasare, un controler, un sistem de detectare și un sistem de imagine.
Controlerul mută proba vertical și orizontal printr-un scaner pentru a stabiliza distanța (sau cantitatea fizică de interacțiune) dintre sondă și probă la o valoare fixă; Mutați simultan proba în planul orizontal xy, astfel încât sonda să scaneze suprafața probei de-a lungul traseului de scanare. Microscopul cu sondă de scanare detectează semnalele cantităților fizice relevante ale interacțiunii dintre sondă și probă de către sistemul de detectare, menținând în același timp o distanță stabilă între sondă și probă; În cazul unor mărimi fizice stabile care interacționează, distanța dintre sondă și probă este detectată de un senzor de deplasare verticală. Sistemul de imagine realizează procesarea imaginii pe suprafața probei pe baza semnalului de detectare (sau a distanței dintre sondă și eșantion).
În funcție de diferitele câmpuri fizice de interacțiune dintre sondă și proba utilizată, microscoapele cu sondă de scanare sunt împărțite în diferite serii de microscoape. Microscopia cu scanare cu tunel (STM) și microscopia cu forță atomică (AFM) sunt două tipuri de microscoape cu sondă de scanare utilizate în mod obișnuit. Microscopul de scanare cu tunel detectează structura de suprafață a unei probe prin măsurarea curentului de tunel între sondă și proba testată. Microscopia cu forță atomică detectează suprafața unei probe prin detectarea microdeformației în consolă cauzată de forța de interacțiune dintre vârful acului și probă folosind un senzor fotoelectric de deplasare, care poate fi fie atractiv, fie respingător.
Caracteristicile microscopiei cu sonde de scanare
Microscopul cu sondă de scanare este al treilea tip de microscop care observă structura materiei la scară atomică, pe lângă microscopia ionică de câmp și microscopia electronică cu transmisie de înaltă rezoluție. Luând ca exemplu microscopia de scanare cu tunel (STM), rezoluția sa laterală este de 0.1-0,2 nm, iar rezoluția de adâncime longitudinală este de 0,01 nm. Această rezoluție permite observarea clară a atomilor sau moleculelor individuale distribuite pe suprafața probei. Între timp, microscopia cu sondă de scanare poate fi folosită și pentru observare și cercetare în medii de aer, alte gaze sau lichide.
Microscoapele cu sondă de scanare au caracteristici precum rezoluția atomică, transportul atomic și nanofabricarea. Cu toate acestea, datorită principiilor de lucru diferite ale diferitelor microscoape de scanare, rezultatele pe care le obțin reflectă informații foarte diferite de suprafață a probei. Microscopul de scanare cu tunel măsoară informațiile de distribuție a etapei de electroni pe suprafața probei, care are rezoluție la nivel atomic, dar încă nu poate obține structura adevărată a probei. Și microscopia atomică detectează informațiile de interacțiune dintre atomi, astfel încât să poată obține informațiile de aranjare a distribuției atomice de suprafață a probei, care este adevărata structură a probei. Pe de altă parte, microscopia cu forță atomică nu poate măsura informațiile de stare electronică care pot fi comparate cu teorie, așa că ambele au propriile lor puncte forte și puncte slabe.
