Princip i struktura skenirajućeg sondnog mikroskopa
Osnovni princip rada skenirajuće mikroskopije sa sondom je korištenje interakcije između sonde i površinskih atoma i molekula uzorka, odnosno fizičkih polja različitih interakcija koje nastaju kada su sonda i površina uzorka blizu nanoskala, te dobivena detekcijom odgovarajućih fizikalnih veličina Morfologija površine uzorka. Skenirajući sondni mikroskop uglavnom se sastoji od pet dijelova: sonde, skenera, senzora pomaka, kontrolera, sustava detekcije i sustava slike.
Kontroler pomiče uzorak u okomitom smjeru kroz skener tako da se udaljenost između sonde i uzorka (ili fizičke količine interakcije) stabilizira na fiksnoj vrijednosti; u isto vrijeme, uzorak se pomiče u horizontalnoj ravnini xy tako da sonda prati skeniranje Putanja skenira površinu uzorka. U mikroskopiji sa skenirajućom sondom, kada je udaljenost između sonde i uzorka stabilna, sustav detekcije detektira relevantan signal fizičke veličine interakcije između sonde i uzorka; kada je fizička veličina interakcije stabilna, detektira je senzor pomaka kroz okomiti smjer Udaljenost između sonde i uzorka. Sustav slike izvodi obradu slike kao što je slikanje na površini uzorka prema signalu detekcije (ili udaljenosti između sonde i uzorka).
Mikroskopi sa skenirajućom sondom podijeljeni su u različite serije mikroskopa prema različitim fizičkim poljima interakcije između sonde i uzorka. Među njima, skenirajući tunelski mikroskop (STM) i mikroskop atomske sile (AFM) dvije su vrste skenirajućih mikroskopa sa sondom koje se češće koriste. Skenirajući tunelski mikroskop detektira strukturu površine uzorka otkrivanjem veličine tunelske struje između sonde i uzorka koji se ispituje. Mikroskop atomske sile detektira površinu uzorka otkrivanjem deformacije mikrokonzole uzrokovane silom interakcije između vrha i uzorka (koja može biti privlačna ili odbojna) pomoću fotoelektričnog senzora pomaka.
Značajke skenirajućih sondnih mikroskopa
Skenirajuća mikroskopija sa sondom treći je mikroskop za promatranje strukture tvari na atomskoj razini nakon ionske mikroskopije polja i transmisijske elektronske mikroskopije visoke rezolucije. Uzimajući za primjer skenirajući tunelski mikroskop (STM), njegova bočna razlučivost je 0.1~0.2nm, a vertikalna dubinska razlučivost je 0.01nm. Takva rezolucija može jasno uočiti pojedinačne atome ili molekule raspoređene na površini uzorka. U isto vrijeme, mikroskop sa sondom za skeniranje također može provoditi promatračka istraživanja u zraku, drugim plinovima ili tekućim sredinama.
Mikroskopi sa skenirajućom sondom imaju karakteristike atomske rezolucije, atomskog transporta i nano-mikroprocesiranja. Međutim, zbog različitih principa rada različitih skenirajućih mikroskopa u detaljima, informacije na površini uzorka koje odražavaju rezultati dobiveni njima vrlo su različite. Skenirajuća tunelska mikroskopija mjeri informacije o distribuciji elektronskih stanica na površini uzorka, koja ima razlučivost na atomskoj razini, ali još uvijek ne može dobiti pravu strukturu uzorka. Atomski mikroskop detektira informaciju o interakciji između atoma, pa se može dobiti informacija o rasporedu atomske raspodjele na površini uzorka, odnosno prava struktura uzorka. Ali s druge strane, mikroskop atomske sile ne može mjeriti informacije o elektroničkom stanju koje se mogu usporediti s teorijom, tako da ta dva imaju svoje prednosti i nedostatke.
