Skenējošās zondes mikroskopa princips un uzbūve
Skenējošās zondes mikroskopijas darbības pamatprincips ir izmantot mijiedarbību starp zondi un parauga virsmas atomiem un molekulām, tas ir, dažādu mijiedarbību fiziskos laukus, kas veidojas, kad zonde un parauga virsma atrodas tuvu nanomērogam, un ko iegūst, nosakot atbilstošos fizikālos lielumus Parauga virsmas morfoloģija. Skenēšanas zondes mikroskops galvenokārt sastāv no piecām daļām: zondes, skenera, pārvietošanas sensora, kontrollera, noteikšanas sistēmas un attēlu sistēmas.
Kontrolieris pārvieto paraugu vertikālā virzienā caur skeneri tā, lai attālums starp zondi un paraugu (vai mijiedarbības fiziskais daudzums) tiktu stabilizēts pie fiksētas vērtības; tajā pašā laikā paraugs tiek pārvietots xy horizontālajā plaknē tā, lai zonde sekotu skenēšanai Ceļš skenē parauga virsmu. Skenējošās zondes mikroskopijā, kad attālums starp zondi un paraugu ir stabils, noteikšanas sistēma nosaka attiecīgo zondes un parauga mijiedarbības fizikālā daudzuma signālu; kad mijiedarbības fiziskais daudzums ir stabils, to nosaka pārvietojuma sensors caur vertikālo virzienu Attālums starp zondi un paraugu. Attēlu sistēma veic attēlu apstrādi, piemēram, attēlveidošanu parauga virsmā atbilstoši noteikšanas signālam (vai attālumam starp zondi un paraugu).
Skenējošās zondes mikroskopi ir sadalīti dažādās mikroskopu sērijās atbilstoši dažādiem zondes un parauga mijiedarbības fiziskajiem laukiem. Tostarp skenējošais tunelēšanas mikroskops (STM) un atomu spēka mikroskops (AFM) ir divu veidu skenēšanas zondes mikroskopi, kurus izmanto biežāk. Skenējošais tunelēšanas mikroskops nosaka parauga virsmas struktūru, nosakot tuneļa strāvas lielumu starp zondi un pārbaudāmo paraugu. Atomu spēka mikroskops nosaka parauga virsmu, nosakot mikrokonsoles deformāciju, ko izraisa mijiedarbības spēks starp galu un paraugu (kas var būt pievilcīgs vai atgrūdošs), izmantojot fotoelektrisko nobīdes sensoru.
Skenējošās zondes mikroskopu īpašības
Skenējošās zondes mikroskopija ir trešais mikroskops vielas struktūras novērošanai atomu mērogā pēc lauka jonu mikroskopijas un augstas izšķirtspējas transmisijas elektronu mikroskopijas. Kā piemēru ņemot skenēšanas tunelēšanas mikroskopu (STM), tā sānu izšķirtspēja ir 0,1~0,2 nm, un tā vertikālā dziļuma izšķirtspēja ir 0,01 nm. Šāda izšķirtspēja var skaidri novērot atsevišķus atomus vai molekulas, kas sadalītas uz parauga virsmas. Tajā pašā laikā skenēšanas zondes mikroskops var arī veikt novērošanas pētījumus gaisā, citās gāzēs vai šķidrā vidē.
Skenējošās zondes mikroskopiem piemīt atomu izšķirtspējas, atomu transportēšanas un nanomikroapstrādes īpašības. Tomēr dažādu skenējošo mikroskopu darba principu atšķirīgo detaļu dēļ informācija par parauga virsmu, ko atspoguļo to iegūtie rezultāti, ir ļoti atšķirīga. Skenējošā tunelēšanas mikroskopija mēra elektronu staciju sadalījuma informāciju parauga virsmā, kurai ir atomu līmeņa izšķirtspēja, bet joprojām nevar iegūt parauga patieso struktūru. Atomu mikroskops nosaka mijiedarbības informāciju starp atomiem, tādējādi var iegūt informāciju par atomu sadalījumu parauga virsmā, tas ir, reālo parauga struktūru. Bet, no otras puses, atomu spēka mikroskops nevar izmērīt elektronisko stāvokļa informāciju, ko var salīdzināt ar teoriju, tāpēc abiem ir savas priekšrocības un trūkumi.
