Ievads skenējošās zondes mikroskopa darbības principā un struktūrā
Skenējošās zondes mikroskopa princips un uzbūve
Skenējošās zondes mikroskopa darbības pamatprincips ir izmantot mijiedarbību starp zondi un atomu molekulām uz parauga virsmas, tas ir, fizikālos laukus, kas veidojas dažādu mijiedarbību rezultātā, kad zonde un parauga virsma tuvojas nanomērogai, un iegūt parauga virsmas morfoloģiju, nosakot atbilstošos fiziskos lielumus. Skenēšanas zondes mikroskops sastāv no piecām daļām: zondes, skenera, pārvietošanas sensora, kontrollera, noteikšanas sistēmas un attēlveidošanas sistēmas.
Kontrolieris izmanto skeneri, lai pārvietotu paraugu vertikālā virzienā, lai stabilizētu attālumu (vai fizisko mijiedarbības daudzumu) starp zondi un paraugu fiksētā vērtībā; Vienlaicīgi pārvietojiet paraugu x-y horizontālajā plaknē, lai zonde skenētu parauga virsmu pa skenēšanas ceļu. Skenējošās zondes mikroskops detektē zondes un parauga mijiedarbības attiecīgos fizikālo daudzumu signālus noteikšanas sistēmā, vienlaikus saglabājot stabilu attālumu starp zondi un paraugu; Stabilas fizikālo lielumu mijiedarbības gadījumā attālumu starp zondi un paraugu nosaka nobīdes sensors vertikālā virzienā. Attēlveidošanas sistēma veic attēla apstrādi parauga virsmā, pamatojoties uz noteikšanas signālu (vai attālumu starp zondi un paraugu).
Skenējošās zondes mikroskopi ir sadalīti dažādās mikroskopu sērijās, pamatojoties uz dažādiem izmantoto zondu un parauga mijiedarbības fiziskajiem laukiem. Skenējošais tunelēšanas mikroskops (STM) un atomspēka mikroskops (AFM) ir divi parasti izmantotie skenēšanas zondes mikroskopu veidi. Skenējošais tunelēšanas mikroskops nosaka parauga virsmas struktūru, mērot tuneļa strāvas lielumu starp zondi un pārbaudāmo paraugu. Atomu spēka mikroskopijā izmanto fotoelektrisko nobīdes sensoru, lai noteiktu mikrokonsoles deformāciju, ko izraisa mijiedarbības spēks starp adatas galu un paraugu (kas var būt pievilcīgs vai atgrūdošs), lai noteiktu parauga virsmu.
Skenējošās zondes mikroskopijas raksturojums
Skenējošās zondes mikroskops ir trešais mikroskopu veids, kas novēro materiāla struktūras atomu mērogā pēc lauka jonu mikroskopijas un augstas{0}}izšķirtspējas elektronu mikroskopijas. Kā piemēru ņemot skenējošo tunelēšanas mikroskopu (STM), tā sānu izšķirtspēja ir 0,1–0,2 nm, bet gareniskā dziļuma izšķirtspēja ir 0,01 nm. Šāda izšķirtspēja var skaidri novērot atsevišķus atomus vai molekulas, kas sadalītas uz parauga virsmas. Tikmēr skenēšanas zondes mikroskopus var izmantot arī novērošanai un izpētei gaisā, citās gāzēs vai šķidrā vidē.
