Koncepcja, zasada, struktura i charakterystyka mikroskopu z sondą skanującą
Mikroskop z sondą skanującą to ogólne określenie różnych nowych mikroskopów z sondą (mikroskop sił atomowych, mikroskop sił elektrostatycznych, mikroskop sił magnetycznych, skaningowy mikroskop przewodności jonowej, skaningowy mikroskop elektrochemiczny itp.) opracowanych na podstawie skaningowego mikroskopu tunelowego. Opracowane instrumenty do analizy powierzchni.
Zasada i struktura mikroskopu z sondą skanującą
Podstawową zasadą działania mikroskopu z sondą skanującą jest wykorzystanie interakcji między sondą a powierzchniowymi atomami i cząsteczkami próbki, czyli pól fizycznych różnych oddziaływań powstających, gdy sonda i powierzchnia próbki są bliskie nanoskali, i otrzymane przez wykrycie odpowiednich wielkości fizycznych. Morfologia powierzchni próbki. Mikroskop z sondą skanującą składa się głównie z pięciu części: sondy, skanera, czujnika przemieszczenia, kontrolera, systemu wykrywania i systemu obrazu.
Kontroler przesuwa próbkę w kierunku pionowym przez skaner, tak aby odległość między sondą a próbką (lub wielkość fizyczna interakcji) ustabilizowała się na stałej wartości; w tym samym czasie próbka jest przesuwana w płaszczyźnie poziomej xy, tak że sonda podąża za skanowaniem. Ścieżka skanuje powierzchnię próbki. W mikroskopii z sondą skanującą, gdy odległość między sondą a próbką jest stabilna, system detekcji wykrywa odpowiedni sygnał wielkości fizycznej interakcji między sondą a próbką; gdy wielkość fizyczna interakcji jest stabilna, jest wykrywana przez czujnik przemieszczenia w kierunku pionowym. Odległość między sondą a próbką. System obrazu wykonuje przetwarzanie obrazu, takie jak obrazowanie na powierzchni próbki zgodnie z sygnałem detekcji (lub odległością między sondą a próbką).
Mikroskopy z sondą skanującą są podzielone na różne serie mikroskopów zgodnie z różnymi polami fizycznymi interakcji między sondą a próbką. Wśród nich skaningowy mikroskop tunelowy (STM) i mikroskop sił atomowych (AFM) to dwa rodzaje mikroskopów z sondą skanującą, które są częściej używane. Skaningowy mikroskop tunelowy wykrywa strukturę powierzchni próbki, wykrywając wielkość prądu tunelowego między sondą a badaną próbką. Mikroskop sił atomowych wykrywa powierzchnię próbki, wykrywając deformację mikrowspornika spowodowaną siłą oddziaływania między końcówką a próbką (która może być przyciągająca lub odpychająca) za pomocą fotoelektrycznego czujnika przemieszczenia.
Cechy mikroskopów z sondą skanującą
Mikroskopia z sondą skaningową jest trzecim mikroskopem do obserwacji struktury materii w skali atomowej po polowej mikroskopii jonowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej o wysokiej rozdzielczości. Biorąc za przykład Skaningowy Mikroskop Tunelowy (STM), jego rozdzielczość boczna wynosi 0,1 ~ 0,2 nm, a rozdzielczość w pionie to 0,01 nm. Taka rozdzielczość pozwala wyraźnie obserwować pojedyncze atomy lub cząsteczki rozmieszczone na powierzchni próbki. Jednocześnie mikroskop z sondą skanującą może również prowadzić badania obserwacyjne w środowisku powietrza, innych gazów lub cieczy.
Mikroskopy z sondą skanującą charakteryzują się rozdzielczością atomową, transportem atomowym i nanomikroprzetwarzaniem. Jednak ze względu na różne zasady działania różnych mikroskopów skaningowych w szczegółach informacje o powierzchni próbki odzwierciedlone w uzyskanych przez nie wynikach są bardzo różne. Skaningowa mikroskopia tunelowa mierzy informacje o rozmieszczeniu stacji elektronowych na powierzchni próbki, która ma rozdzielczość na poziomie atomowym, ale nadal nie może uzyskać prawdziwej struktury próbki. Mikroskop atomowy wykrywa informacje o interakcji między atomami, dzięki czemu można uzyskać informacje o rozmieszczeniu atomów na powierzchni próbki, czyli rzeczywistą strukturę próbki. Ale z drugiej strony mikroskop sił atomowych nie może mierzyć informacji o stanie elektronowym, które można porównać z teorią, więc oba mają swoje zalety i wady.
