Concepte/Principi/Estructura/Característiques del microscopi de sonda d'escaneig
El microscopi de sonda d'escaneig és un terme col·lectiu per a diversos tipus nous de microscopis de sonda (microscopi de força atòmica, microscopi de força electrostàtica, microscopi de força magnètica, microscopi de conductivitat iònica d'escaneig, microscopi electroquímic d'escaneig, etc.) desenvolupat a partir del microscopi de túnel d'escaneig. És un instrument d'anàlisi de superfícies desenvolupat internacionalment en els darrers anys.
Principi i estructura de la microscòpia amb sonda d'escaneig
El principi bàsic de funcionament d'un microscopi de sonda d'escaneig és utilitzar la interacció entre la sonda i els àtoms i molècules superficials de la mostra, és a dir, formar diversos camps físics d'interacció quan la sonda i la superfície de la mostra estan a prop de la nanoescala, i obtenir la morfologia superficial de la mostra mitjançant la detecció de les magnituds físiques corresponents. El microscopi de sonda d'escaneig consta de cinc parts: una sonda, un escàner, un sensor de desplaçament, un controlador, un sistema de detecció i un sistema d'imatge.
El controlador mou la mostra verticalment i horitzontalment a través d'un escàner per estabilitzar la distància (o quantitat física d'interacció) entre la sonda i la mostra a un valor fix; Simultàniament, mou la mostra al pla horitzontal xy, de manera que la sonda escanegi la superfície de la mostra al llarg del camí d'exploració. El microscopi de sonda d'escaneig detecta els senyals de quantitat física rellevants de la interacció entre la sonda i la mostra pel sistema de detecció mentre manté una distància estable entre la sonda i la mostra; En el cas de magnituds físiques d'interacció estables, la distància entre la sonda i la mostra es detecta mitjançant un sensor de desplaçament vertical. El sistema d'imatge realitza un processament d'imatge a la superfície de la mostra en funció del senyal de detecció (o la distància entre la sonda i la mostra).
Segons els diferents camps físics d'interacció entre la sonda i la mostra utilitzada, els microscopis de sonda d'escaneig es divideixen en diferents sèries de microscopis. La microscòpia de túnel d'escaneig (STM) i la microscòpia de força atòmica (AFM) són dos tipus de microscopis de sonda d'escaneig que s'utilitzen habitualment. El microscopi de túnel d'escaneig detecta l'estructura superficial d'una mostra mesurant el corrent de túnel entre la sonda i la mostra que s'està provant. La microscòpia de força atòmica detecta la superfície d'una mostra detectant la micro deformació del voladís causada per la força d'interacció entre la punta de l'agulla i la mostra mitjançant un sensor de desplaçament fotoelèctric, que pot ser atractiu o repulsiu.
Les característiques de la microscòpia amb sonda d'escaneig
El microscopi de sonda d'escaneig és el tercer tipus de microscopi que observa l'estructura de la matèria a escala atòmica, a més de la microscòpia d'ions de camp i la microscòpia electrònica de transmissió d'alta resolució. Prenent com a exemple la microscòpia de túnel d'escaneig (STM), la seva resolució lateral és de 0.1-0,2 nm i la seva resolució de profunditat longitudinal és de 0,01 nm. Aquesta resolució permet una observació clara dels àtoms o molècules individuals distribuïdes a la superfície de la mostra. Mentrestant, la microscòpia de sonda d'escaneig també es pot utilitzar per a l'observació i la investigació en ambients d'aire, altres gasos o líquids.
Els microscopis de sonda d'escaneig tenen característiques com ara la resolució atòmica, el transport atòmic i la nanofabricació. No obstant això, a causa dels diferents principis de funcionament de diversos microscopis d'escaneig, els resultats que obtenen reflecteixen informació molt diferent de la superfície de la mostra. El microscopi de túnel d'escaneig mesura la informació de distribució de l'etapa d'electrons a la superfície de la mostra, que té una resolució a nivell atòmic però encara no pot obtenir l'estructura real de la mostra. I la microscòpia atòmica detecta la informació d'interacció entre àtoms, de manera que pot obtenir la informació de disposició de la distribució atòmica superficial de la mostra, que és la veritable estructura de la mostra. D'altra banda, la microscòpia de força atòmica no pot mesurar informació electrònica d'estat que es pugui comparar amb la teoria, de manera que totes dues tenen els seus propis punts forts i febles.
