A pásztázó szonda mikroszkóp koncepciója/elve/felépítése/jellemzői
A pásztázó szonda mikroszkóp a pásztázó alagútmikroszkóp alapján kifejlesztett különféle új típusú szondamikroszkópok (atomerőmikroszkóp, elektrosztatikus erőmikroszkóp, mágneses erőmikroszkóp, pásztázó ionvezetési mikroszkóp, pásztázó elektrokémiai mikroszkóp stb.) gyűjtőfogalma. Ez az elmúlt években nemzetközileg kifejlesztett felületelemző műszer.
A pásztázó szonda mikroszkópia elve és felépítése
A pásztázó szonda mikroszkóp működési elve a szonda és a minta felszíni atomjai és molekulái közötti kölcsönhatás kihasználása, azaz különböző fizikai kölcsönhatási mezők kialakítása, amikor a szonda és a minta felülete közel van a nanomérethez, és a megfelelő fizikai mennyiségek kimutatásával megkapjuk a minta felületi morfológiáját. A pásztázó szonda mikroszkóp öt részből áll: egy szondából, egy szkennerből, egy elmozdulásérzékelőből, egy vezérlőből, egy érzékelő rendszerből és egy képrendszerből.
A vezérlő a mintát függőlegesen és vízszintesen mozgatja egy szkenneren keresztül, hogy egy rögzített értéken stabilizálja a szonda és a minta közötti távolságot (vagy a kölcsönhatás fizikai mennyiségét); Egyidejűleg mozgassa a mintát az xy vízszintes síkban úgy, hogy a szonda a minta felületét pásztázza a szkennelési útvonal mentén. A pásztázó szonda mikroszkóp érzékeli a szonda és a minta közötti kölcsönhatás releváns fizikai mennyiségi jeleit az érzékelőrendszer által, miközben stabil távolságot tart a szonda és a minta között; Stabil kölcsönható fizikai mennyiségek esetén a szonda és a minta közötti távolságot egy függőleges elmozdulásérzékelő érzékeli. A képfeldolgozó rendszer a detektálási jel (illetve a szonda és a minta távolsága) alapján képfeldolgozást végez a minta felületén.
A szonda és a felhasznált minta közötti kölcsönhatás különböző fizikai területei szerint a pásztázó szonda mikroszkópokat különböző mikroszkópsorozatokra osztják. A pásztázó alagútmikroszkóp (STM) és az atomerőmikroszkóp (AFM) a pásztázó szondás mikroszkópok két általánosan használt típusa. A pásztázó alagútmikroszkóp a szonda és a vizsgált minta közötti alagútáram mérésével érzékeli a minta felületi szerkezetét. Az atomerő-mikroszkópia a minta felületét a tű hegye és a minta közötti kölcsönhatási erő által okozott mikrokonzolos deformáció detektálásával fotoelektromos elmozdulásérzékelővel érzékeli, amely lehet vonzó vagy taszító.
A pásztázó szonda mikroszkópia jellemzői
A pásztázó szondás mikroszkóp a harmadik típusú mikroszkóp, amely a terepi ionmikroszkópia és a nagy felbontású transzmissziós elektronmikroszkópia mellett atomi léptékben figyeli az anyag szerkezetét. Példaként a pásztázó alagútmikroszkópiát (STM) véve oldalirányú felbontása 0.1-0,2 nm, hosszanti mélységi felbontása pedig 0,01 nm. Ez a felbontás lehetővé teszi a minta felületén eloszló egyes atomok vagy molekulák egyértelmű megfigyelését. Eközben a pásztázó szonda mikroszkópia megfigyelésre és kutatásra is használható levegőben, más gáz- vagy folyékony környezetben.
A pásztázó szonda mikroszkópok olyan jellemzőkkel rendelkeznek, mint az atomi felbontás, az atomtranszport és a nanogyártás. A különböző pásztázó mikroszkópok eltérő működési elve miatt azonban az általuk kapott eredmények a minta nagyon eltérő felületi információit tükrözik. A pásztázó alagútmikroszkóp az elektronfokozat eloszlási információit méri a minta felületén, amely atomi szintű felbontással rendelkezik, de még mindig nem tudja megállapítani a minta valódi szerkezetét. Az atommikroszkóppal pedig az atomok közti kölcsönhatási információkat detektálják, így megszerezhetik a minta felszíni atomi eloszlásának elrendezési információit, ami a minta valódi szerkezete. Másrészt az atomerőmikroszkóppal nem lehet az elmélettel összevethető elektronikus állapotinformációt mérni, így mindkettőnek megvannak a maga erősségei és gyengeségei.
