Concepte, principi, estructura i característiques del microscopi de sonda d'escaneig
El microscopi de sonda d'escaneig és un terme general per a diversos microscopis de sonda nous (microscopi de força atòmica, microscopi de força electrostàtica, microscopi de força magnètica, microscopi de conductància d'ions d'escaneig, microscopi electroquímic d'escaneig, etc.) desenvolupats a partir del microscopi de túnel d'escaneig. Desenvolupar instruments d'anàlisi de superfícies.
Principi i estructura del microscopi de sonda d'escaneig
El principi bàsic de funcionament del microscopi de sonda d'escaneig és utilitzar la interacció entre la sonda i els àtoms i molècules superficials de la mostra, és a dir, els camps físics de diverses interaccions formades quan la sonda i la superfície de la mostra estan a prop de la nanoescala, i s'obté detectant les magnituds físiques corresponents Morfologia superficial de la mostra. El microscopi de sonda d'escaneig es compon principalment de cinc parts: sonda, escàner, sensor de desplaçament, controlador, sistema de detecció i sistema d'imatge.
El controlador mou la mostra en direcció vertical a través de l'escàner de manera que la distància entre la sonda i la mostra (o la quantitat física d'interacció) s'estabilitza a un valor fix; al mateix temps, la mostra es mou en el pla horitzontal xy de manera que la sonda segueixi l'escaneig. El camí explora la superfície de la mostra. En la microscòpia de sonda d'escaneig, quan la distància entre la sonda i la mostra és estable, el sistema de detecció detecta el senyal de quantitat física rellevant de la interacció entre la sonda i la mostra; quan la quantitat física de la interacció és estable, el sensor de desplaçament la detecta a través de la direcció vertical La distància entre la sonda i la mostra. El sistema d'imatge realitza un processament d'imatges com ara la imatge a la superfície de la mostra segons el senyal de detecció (o la distància entre la sonda i la mostra).
Els microscopis de sonda d'escaneig es divideixen en diferents sèries de microscopis segons els diferents camps físics d'interacció entre la sonda i la mostra. Entre ells, el microscopi de túnel d'escaneig (STM) i el microscopi de força atòmica (AFM) són dos tipus de microscopis de sonda d'escaneig que s'utilitzen més habitualment. El microscopi de túnel d'escaneig detecta l'estructura superficial de la mostra detectant la mida del corrent del túnel entre la sonda i la mostra a provar. El microscopi de força atòmica detecta la superfície de la mostra detectant la deformació del micro-voladís causada per la força d'interacció entre la punta i la mostra (que pot ser atractiva o repulsiva) mitjançant un sensor de desplaçament fotoelèctric.
Característiques dels microscopis de sonda d'escaneig
La microscòpia de sonda d'escaneig és el tercer microscopi per observar l'estructura de la matèria a escala atòmica després de la microscòpia d'ions de camp i la microscòpia electrònica de transmissió d'alta resolució. Prenent com a exemple el microscopi de túnel d'escaneig (STM), la seva resolució lateral és de 0,1~0,2nm i la seva resolució de profunditat vertical és de 0,01nm. Aquesta resolució pot observar clarament àtoms o molècules individuals distribuïdes a la superfície de la mostra. Al mateix temps, el microscopi de sonda d'escaneig també pot dur a terme investigacions d'observació a l'aire, altres gasos o entorns líquids.
Els microscopis de sonda d'escaneig tenen les característiques de resolució atòmica, transport atòmic i nano-microprocessament. Tanmateix, a causa dels diferents principis de funcionament de diversos microscopis d'escaneig en detall, la informació sobre la superfície de la mostra reflectida pels resultats obtinguts per aquests és molt diferent. La microscòpia de túnel d'escaneig mesura la informació de distribució de les estacions 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. El microscopi atòmic detecta la informació d'interacció entre àtoms, de manera que es pot obtenir la informació d'ordenació de la distribució atòmica a la superfície de la mostra, és a dir, l'estructura real de la mostra. Però, d'altra banda, el microscopi de força atòmica no pot mesurar la informació de l'estat electrònic que es pot comparar amb la teoria, de manera que tots dos tenen els seus propis avantatges i desavantatges.
