Bevezetés a pásztázó szonda mikroszkóp alapelvébe és felépítésébe
A pásztázó szonda mikroszkóp elve és felépítése
A pásztázó szondás mikroszkóp működési elve, hogy a szonda és a minta felületén lévő atommolekulák közötti kölcsönhatásokat, azaz a szonda és a minta felületének nanomérethez közeledésekor különböző kölcsönhatásokból létrejövő fizikai mezőket hasznosítja, és a megfelelő fizikai mennyiségek detektálásával megkapja a minta felületi morfológiáját. A pásztázó szonda mikroszkóp öt részből áll: szonda, szkenner, elmozdulásérzékelő, vezérlő, érzékelő rendszer és képalkotó rendszer.
A vezérlő egy szkenner segítségével mozgatja a mintát függőleges irányban, hogy a szonda és a minta közötti távolságot (vagy a kölcsönhatás fizikai mennyiségét) egy rögzített értéken stabilizálja; Egyidejűleg mozgassa a mintát az x-y 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 érzékelőrendszerben, miközben stabil távolságot tart a szonda és a minta között; Fizikai mennyiségek stabil kölcsönhatása esetén a szonda és a minta távolságát függőleges irányban elmozdulásérzékelő érzékeli. A képalkotó rendszer a detektálási jel (illetve a szonda és a minta távolsága) alapján képfeldolgozást végez a minta felületén.
A pásztázó szondás mikroszkópokat különböző mikroszkópsorozatokra osztják a használt szondák és a minta közötti kölcsönhatás különböző fizikai mezői alapján. A pásztázó alagútmikroszkóp (STM) és az atomerő-mikroszkóp (AFM) a pásztázó szondás mikroszkópok két általánosan használt típusa. A pásztázó alagútmikroszkóp a szonda és a vizsgált minta közötti alagútáram nagyságának mérésével érzékeli a minta felületi szerkezetét. Az atomerő-mikroszkópia fotoelektromos elmozdulásérzékelővel érzékeli a tűhegy és a minta közötti kölcsönhatási erő által okozott mikrokonzolos deformációt (amely lehet vonzó vagy taszító), hogy érzékelje a minta felületét.
A pásztázó szonda mikroszkópia jellemzői
A pásztázó szondás mikroszkóp a harmadik típusú mikroszkóp, amely a terepi ionmikroszkópiát és a nagy-felbontású transzmissziós elektronmikroszkópiát követően atomi léptékben figyeli meg az anyagszerkezeteket. Példaként a pásztázó alagútmikroszkópot (STM) véve oldalirányú felbontása 0,1-0,2 nm, hosszanti mélységi felbontása 0,01 nm. Az ilyen felbontás egyértelműen megfigyelheti a minta felületén eloszló egyes atomokat vagy molekulákat. Eközben a pásztázó szondás mikroszkópok megfigyelésre és kutatásra is használhatók levegőben, más gázokban vagy folyékony környezetben.
