Концепція скануючого зондового мікроскопа, принцип, будова та характеристики
Скануючий зондовий мікроскоп — загальний термін для різних нових зондових мікроскопів (атомно-силовий мікроскоп, електростатичний силовий мікроскоп, магнітно-силовий мікроскоп, скануючий мікроскоп іонної провідності, скануючий електрохімічний мікроскоп тощо), розроблених на основі скануючого тунельного мікроскопа. Розробив прилади для аналізу поверхні.
Принцип і будова скануючого зондового мікроскопа
Основним принципом роботи скануючого зондового мікроскопа є використання взаємодії між зондом і поверхневими атомами і молекулами зразка, тобто фізичні поля різних взаємодій, що утворюються, коли зонд і поверхня зразка близькі до нанорозміру, та отримані шляхом визначення відповідних фізичних величин Морфологія поверхні зразка. Скануючий зондовий мікроскоп в основному складається з п'яти частин: зонд, сканер, датчик переміщення, контролер, система виявлення та система зображення.
Контролер переміщує зразок у вертикальному напрямку через сканер так, щоб відстань між зондом і зразком (або фізична величина взаємодії) стабілізувалася на фіксованому значенні; в той же час зразок переміщується в горизонтальній площині xy так, щоб зонд слідував за скануванням. Шлях сканує поверхню зразка. У скануючій зондовій мікроскопії, коли відстань між зондом і зразком стабільна, система виявлення виявляє відповідний сигнал фізичної величини взаємодії між зондом і зразком; коли фізична величина взаємодії стабільна, вона визначається датчиком переміщення у вертикальному напрямку. Відстань між зондом і зразком. Система зображення виконує обробку зображення, наприклад зображення на поверхні зразка відповідно до сигналу виявлення (або відстані між зондом і зразком).
Скануючі зондові мікроскопи поділяються на різні серії мікроскопів відповідно до різних фізичних полів взаємодії між зондом і зразком. Серед них скануючий тунельний мікроскоп (СТМ) і атомно-силовий мікроскоп (АСМ) є двома типами скануючих зондових мікроскопів, які частіше використовуються. Скануючий тунельний мікроскоп виявляє поверхневу структуру зразка шляхом визначення розміру тунельного струму між зондом і зразком, що підлягає тестуванню. Атомно-силовий мікроскоп виявляє поверхню зразка шляхом виявлення деформації мікрокантилевера, спричиненої силою взаємодії між наконечником і зразком (яка може бути привабливою або відштовхуючою) за допомогою фотоелектричного датчика зміщення.
Особливості скануючих зондових мікроскопів
Скануюча зондова мікроскопія є третім мікроскопом для спостереження структури речовини в атомному масштабі після польової іонної мікроскопії та трансмісійної електронної мікроскопії високої роздільної здатності. Для прикладу скануючого тунельного мікроскопа (СТМ) його роздільна здатність по боках становить 0.1~0.2 нм, а роздільна здатність по глибині по вертикалі — 0.01 нм. Така роздільна здатність дозволяє чітко спостерігати окремі атоми або молекули, розподілені на поверхні зразка. У той же час скануючий зондовий мікроскоп також може проводити спостереження в повітрі, інших газах або рідких середовищах.
Скануючі зондові мікроскопи мають характеристики атомної роздільної здатності, атомного транспорту та наномікрообробки. Однак через різні принципи роботи різних скануючих мікроскопів у деталях інформація на поверхні зразка, відображена результатами, отриманими ними, дуже відрізняється. Скануюча тунельна мікроскопія вимірює інформацію про розподіл електронних станцій на поверхні зразка, який має роздільну здатність на атомному рівні, але все ще не може отримати справжню структуру зразка. Атомний мікроскоп виявляє інформацію про взаємодію між атомами, тому можна отримати інформацію про розташування атомів на поверхні зразка, тобто реальну структуру зразка. Але з іншого боку, атомно-силовий мікроскоп не може виміряти інформацію про електронний стан, яку можна порівняти з теорією, тому вони мають свої переваги та недоліки.
