Koncept/Princip/Struktura/Značajke skenirajućeg sondnog mikroskopa
Pretražni mikroskop sa sondom je skupni naziv za razne nove vrste mikroskopa sa sondama (mikroskop atomske sile, mikroskop elektrostatske sile, mikroskop magnetske sile, pretražni mikroskop ionske vodljivosti, pretražni elektrokemijski mikroskop itd.) razvijenih na temelju pretražnog tunelskog mikroskopa. To je instrument za površinsku analizu koji je posljednjih godina razvijen na međunarodnoj razini.
Princip i struktura pretražne sondne mikroskopije
Osnovno načelo rada skenirajućeg mikroskopa sa sondom je korištenje interakcije između sonde i površinskih atoma i molekula uzorka, odnosno stvaranje različitih fizičkih polja interakcije kada su sonda i površina uzorka blizu nanoskala, te za dobivanje površinske morfologije uzorka otkrivanjem odgovarajućih fizičkih veličina. Skenirajući sondni mikroskop sastoji se od pet dijelova: sonde, skenera, senzora pomaka, kontrolera, detekcijskog sustava i slikovnog sustava.
Kontroler pomiče uzorak okomito i vodoravno kroz skener kako bi stabilizirao udaljenost (ili fizičku količinu interakcije) između sonde i uzorka na fiksnoj vrijednosti; Istovremeno pomaknite uzorak u horizontalnoj ravnini xy, tako da sonda skenira površinu uzorka duž putanje skeniranja. Mikroskop sa skenirajućom sondom detektira relevantne signale fizičke veličine interakcije između sonde i uzorka pomoću sustava detekcije dok održava stabilnu udaljenost između sonde i uzorka; U slučaju stabilnih međudjelovanja fizikalnih veličina, udaljenost između sonde i uzorka detektira se senzorom vertikalnog pomaka. Sustav slike izvodi obradu slike na površini uzorka na temelju signala detekcije (ili udaljenosti između sonde i uzorka).
Prema različitim fizičkim poljima interakcije između sonde i korištenog uzorka, skenirajući mikroskopi sa sondom dijele se na različite serije mikroskopa. Skenirajuća tunelska mikroskopija (STM) i mikroskopija atomske sile (AFM) dvije su najčešće korištene vrste skenirajućih mikroskopa sa sondom. Skenirajući tunelski mikroskop otkriva strukturu površine uzorka mjerenjem tunelske struje između sonde i uzorka koji se ispituje. Mikroskopija atomske sile otkriva površinu uzorka otkrivanjem mikrokonzolne deformacije uzrokovane silom interakcije između vrha igle i uzorka pomoću fotoelektričnog senzora pomaka, koji može biti privlačan ili odbojan.
Karakteristike skenirajuće sondne mikroskopije
Skenirajući mikroskop sa sondom treća je vrsta mikroskopa koji promatra strukturu tvari na atomskoj razini, uz ionsku mikroskopiju polja i transmisijsku elektronsku mikroskopiju visoke rezolucije. Uzimajući skenirajuću tunelsku mikroskopiju (STM) kao primjer, njegova bočna razlučivost je 0.1-0.2nm, a uzdužna dubinska razlučivost je 0.01nm. Ova rezolucija omogućuje jasno promatranje pojedinačnih atoma ili molekula raspoređenih na površini uzorka. U međuvremenu, mikroskopija sa skenirajućom sondom također se može koristiti za promatranje i istraživanje u zraku, drugim plinovima ili tekućim sredinama.
Mikroskopi sa skenirajućom sondom imaju karakteristike kao što su atomska rezolucija, atomski transport i nanofabrikacija. Međutim, zbog različitih principa rada različitih skenirajućih mikroskopa, rezultati koje oni dobiju odražavaju vrlo različite informacije o površini uzorka. Skenirajući tunelski mikroskop mjeri informacije o raspodjeli stupnja elektrona na površini uzorka, koji ima razlučivost na atomskoj razini, ali još uvijek ne može dobiti pravu strukturu uzorka. A atomska mikroskopija detektira informacije o interakciji između atoma, tako da može dobiti informacije o rasporedu površinske atomske distribucije uzorka, što je prava struktura uzorka. S druge strane, mikroskopija atomske sile ne može mjeriti informaciju o elektroničkom stanju koja se može usporediti s teorijom, tako da obje imaju svoje prednosti i slabosti.
