Skenējošās zondes mikroskopa koncepcija/princips/struktūra/iezīmes
Skenējošās zondes mikroskops ir kolektīvs termins dažādiem jauniem zondes mikroskopu veidiem (atomspēka mikroskops, elektrostatiskā spēka mikroskops, magnētiskā spēka mikroskops, skenējošais jonu vadītspējas mikroskops, skenējošais elektroķīmiskais mikroskops u.c.), kas izstrādāti uz skenējošā tuneļmikroskopa bāzes. Tas ir pēdējos gados starptautiski izstrādāts virsmas analīzes instruments.
Skenējošās zondes mikroskopijas princips un uzbūve
Skenējošās zondes mikroskopa darbības pamatprincips ir izmantot mijiedarbību starp zondi un parauga virsmas atomiem un molekulām, tas ir, veidot dažādus fizikālus mijiedarbības laukus, kad zonde un parauga virsma atrodas tuvu nanomērogam, un iegūt parauga virsmas morfoloģiju, nosakot atbilstošus fizikālos lielumus. Skenējošās zondes mikroskops sastāv no piecām daļām: zondes, skenera, pārvietošanās sensora, kontrollera, noteikšanas sistēmas un attēlu sistēmas.
Kontrolieris pārvieto paraugu vertikāli un horizontāli caur skeneri, lai fiksētā vērtībā stabilizētu attālumu (vai mijiedarbības fizisko daudzumu) starp zondi un paraugu; Vienlaicīgi pārvietojiet paraugu xy horizontālajā plaknē, lai zonde skenētu parauga virsmu pa skenēšanas ceļu. Skenējošās zondes mikroskops nosaka zondes un parauga mijiedarbības attiecīgos fizikālā daudzuma signālus, izmantojot noteikšanas sistēmu, vienlaikus saglabājot stabilu attālumu starp zondi un paraugu; Stabilu mijiedarbīgu fizisko lielumu gadījumā attālumu starp zondi un paraugu nosaka vertikālās nobīdes sensors. Attēlu sistēma veic attēla apstrādi parauga virsmā, pamatojoties uz noteikšanas signālu (vai attālumu starp zondi un paraugu).
Atbilstoši dažādiem fizikālajiem mijiedarbības laukiem starp zondi un izmantoto paraugu, skenēšanas zondes mikroskopi ir sadalīti dažādās mikroskopu sērijās. Skenējošā tunelēšanas mikroskopija (STM) un atomu spēka mikroskopija (AFM) ir divi parasti izmantotie skenēšanas zondes mikroskopu veidi. Skenējošais tunelēšanas mikroskops nosaka parauga virsmas struktūru, mērot tuneļa strāvu starp zondi un pārbaudāmo paraugu. Atomu spēka mikroskopija nosaka parauga virsmu, nosakot mikro konsoles deformāciju, ko izraisa mijiedarbības spēks starp adatas galu un paraugu, izmantojot fotoelektrisko nobīdes sensoru, kas var būt pievilcīgs vai atgrūdošs.
Skenējošās zondes mikroskopijas īpašības
Skenējošās zondes mikroskops ir trešais mikroskopu veids, kas novēro vielas struktūru atomu mērogā, papildus lauka jonu mikroskopijai un augstas izšķirtspējas transmisijas elektronu mikroskopijai. Ņemot par piemēru skenēšanas tunelēšanas mikroskopiju (STM), tās sānu izšķirtspēja ir 0.1-0,2 nm, bet gareniskā dziļuma izšķirtspēja ir 0,01 nm. Šī izšķirtspēja ļauj skaidri novērot atsevišķus atomus vai molekulas, kas sadalītas uz parauga virsmas. Tikmēr skenēšanas zondes mikroskopiju var izmantot arī novērošanai un izpētei gaisā, citās gāzēs vai šķidrās vidēs.
Skenējošās zondes mikroskopiem ir tādas īpašības kā atomu izšķirtspēja, atomu transportēšana un nanoražošana. Tomēr dažādu skenēšanas mikroskopu atšķirīgo darbības principu dēļ iegūtie rezultāti atspoguļo ļoti atšķirīgu parauga virsmas informāciju. Skenējošais tunelēšanas mikroskops mēra elektronu stadijas sadalījuma informāciju parauga virsmā, kurai ir atomu līmeņa izšķirtspēja, bet joprojām nevar iegūt parauga patieso struktūru. Un atomu mikroskopija nosaka mijiedarbības informāciju starp atomiem, lai tā varētu iegūt informāciju par parauga virsmas atomu sadalījumu, kas ir parauga patiesā struktūra. No otras puses, atomu spēka mikroskopija nevar izmērīt elektronisko stāvokļa informāciju, ko var salīdzināt ar teoriju, tāpēc abiem ir savas stiprās un vājās puses.
