Koncept mikroskopa skenirajuće sonde, princip, struktura i karakteristike
Skenirajući probni mikroskop je opći naziv za različite nove sonde mikroskopa (mikroskopa atomske sile, mikroskop elektrostatičke sile, mikroskop magnetne sile, skenirajući mikroskop ionske provodljivosti, skenirajući elektrohemijski mikroskop, itd.) razvijene na bazi skenirajućeg tunelskog mikroskopa. Razvijeni instrumenti za analizu površine.
Princip i struktura skenirajućeg probnog mikroskopa
Osnovni princip rada skenirajućeg sondnog mikroskopa je da koristi interakciju između sonde i površinskih atoma i molekula uzorka, odnosno fizičkih polja različitih interakcija nastalih kada su sonda i površina uzorka blizu nanoskala, i dobijeno detekcijom odgovarajućih fizičkih veličina Morfologija površine uzorka. Skenirajući sondni mikroskop se uglavnom sastoji od pet dijelova: sonde, skenera, senzora pomaka, kontrolera, sistema za detekciju i sistema slike.
Kontroler pomiče uzorak u vertikalnom smjeru kroz skener tako da se udaljenost između sonde i uzorka (ili fizička veličina interakcije) stabilizira na fiksnoj vrijednosti; istovremeno, uzorak se pomera u horizontalnoj ravni xy tako da sonda prati skeniranje. Putanja skenira površinu uzorka. U mikroskopiji skenirajuće sonde, kada je rastojanje između sonde i uzorka stabilno, sistem za detekciju detektuje relevantnu fizičku veličinu signala interakcije između sonde i uzorka; kada je fizička veličina interakcije stabilna, detektira se senzorom pomaka u vertikalnom smjeru. Udaljenost između sonde i uzorka. Sistem slike vrši obradu slike kao što je slikanje na površini uzorka prema detekcijskom signalu (ili udaljenosti između sonde i uzorka).
Skenirajući sondni mikroskopi su podijeljeni u različite serije mikroskopa prema različitim fizičkim poljima interakcije između sonde i uzorka. Među njima, skenirajući tunelski mikroskop (STM) i mikroskop atomske sile (AFM) su dvije vrste mikroskopa za skeniranje sonde koje se češće koriste. Skenirajući tunelski mikroskop detektuje površinsku strukturu uzorka detektujući veličinu tunelske struje između sonde i uzorka koji se testira. Mikroskop atomske sile detektuje površinu uzorka detekcijom deformacije mikro-konzole uzrokovane silom interakcije između vrha i uzorka (koja može biti privlačna ili odbojna) pomoću fotoelektričnog senzora pomaka.
Karakteristike skenirajućih probnih mikroskopa
Skenirajuća sondna mikroskopija je treći mikroskop za posmatranje strukture materije na atomskoj skali nakon poljske ionske mikroskopije i transmisione elektronske mikroskopije visoke rezolucije. Uzimajući za primjer skenirajući tunelski mikroskop (STM), njegova lateralna rezolucija je 0.1~0.2nm, a vertikalna rezolucija dubine 0.01nm. Takva rezolucija može jasno uočiti pojedinačne atome ili molekule raspoređene na površini uzorka. U isto vrijeme, mikroskop za skeniranje sonde može također provoditi istraživanja u zraku, drugim plinovima ili tekućim sredinama.
Skenirajući sondni mikroskopi imaju karakteristike atomske rezolucije, atomskog transporta i nanomikroprocesiranja. Međutim, zbog različitih principa rada različitih skenirajućih mikroskopa u pojedinostima, informacije o površini uzorka koje se odražavaju u rezultatima dobivenim od njih su vrlo različite. Skenirajuća tunelska mikroskopija mjeri informacije o distribuciji elektronskih stanica na površini uzorka, koji ima rezoluciju na atomskom nivou, ali još uvijek ne može dobiti pravu strukturu uzorka. Atomski mikroskop detektuje informacije o interakciji između atoma, tako da se može dobiti informacija o rasporedu atomske distribucije na površini uzorka, odnosno stvarna struktura uzorka. Ali s druge strane, mikroskop atomske sile ne može izmjeriti informaciju o elektronskom stanju koja se može uporediti s teorijom, tako da ova dva imaju svoje prednosti i nedostatke.
