A pásztázó szonda mikroszkóp elve és felépítése
A pásztázó szonda mikroszkópia alapvető működési elve a szonda és a minta felszíni atomjai, molekulái közötti kölcsönhatás, azaz a szonda és a minta felületének nanomérethez közeli érintkezésekor kialakuló különféle kölcsönhatások fizikai mezői, ill. a megfelelő fizikai mennyiségek kimutatásával kapott Mintafelület morfológiája. A pásztázó szonda mikroszkóp főként öt részből áll: szonda, szkenner, elmozdulásérzékelő, vezérlő, érzékelő rendszer és képrendszer.
A vezérlő a mintát függőleges irányban mozgatja a szkenneren keresztül úgy, hogy a szonda és a minta közötti távolság (vagy a kölcsönhatás fizikai mennyisége) egy rögzített értéken stabilizálódjon; ezzel egyidejűleg a mintát az xy vízszintes síkban mozgatjuk, így a szonda követi a pásztázást Az út pásztázza a minta felületét. A pásztázó szonda mikroszkópiában, amikor a szonda és a minta közötti távolság stabil, az érzékelőrendszer érzékeli a szonda és a minta közötti kölcsönhatás releváns fizikai mennyiségi jelét; ha a kölcsönhatás fizikai mennyisége stabil, akkor azt az elmozdulásérzékelő függőleges irányban érzékeli A szonda és a minta távolsága. A képfeldolgozó rendszer a detektálási jelnek (vagy a szonda és a minta távolságának) megfelelően képfeldolgozást, például képalkotást végez a minta felületén.
A pásztázó szondás mikroszkópok a szonda és a minta közötti kölcsönhatás különböző fizikai terei szerint különböző mikroszkópsorozatokra vannak osztva. Közülük a pásztázó alagútmikroszkóp (STM) és az atomerőmikroszkóp (AFM) kétféle pásztázó szonda mikroszkóp, amelyeket gyakrabban használnak. A pásztázó alagútmikroszkóp a minta felületi szerkezetét a szonda és a vizsgálandó minta közötti alagútáram méretének érzékelésével érzékeli. Az atomerő-mikroszkóp a minta felületét úgy érzékeli, hogy fotoelektromos elmozdulásérzékelővel érzékeli a mikrokonzolnak a csúcs és a minta közötti kölcsönhatási erő által okozott deformációját (amely lehet vonzó vagy taszító).
A pásztázó szonda mikroszkópok jellemzői
A pásztázó szondás mikroszkóp a harmadik mikroszkóp az anyag szerkezetének atomi léptékben történő megfigyelésére a terepi ionmikroszkópia és a nagy felbontású transzmissziós elektronmikroszkópia után. Példaként a pásztázó alagútmikroszkópot (STM) véve oldalirányú felbontása 0,1~0,2 nm, függőleges mélységi felbontása pedig 0,01 nm. Az ilyen felbontás egyértelműen megfigyelheti a minta felületén eloszló egyes atomokat vagy molekulákat. Ugyanakkor a pásztázó szondás mikroszkóp megfigyelési kutatásokat is végezhet levegőben, más gázokban vagy folyékony környezetben.
A pásztázó szondás mikroszkópok az atomi felbontás, az atomtranszport és a nano-mikrofeldolgozás jellemzőivel rendelkeznek. A különböző pásztázó mikroszkópok részletesen eltérő működési elve miatt azonban az általuk kapott eredmények által visszatükröződő információ a minta felületén nagyon eltérő. A pásztázó alagútmikroszkóppal a minta felületén lévő elektronállomások eloszlási információit mérik, amelyek atomi szintű felbontásúak, de még mindig nem tudják megállapítani a minta valódi szerkezetét. Az atommikroszkóp érzékeli az atomok közötti kölcsönhatási információkat, így megkapható a mintafelületen az atomeloszlás elrendezésének információja, vagyis a minta valós szerkezete. De másrészt az atomerőmikroszkóp nem tudja mérni az elmélettel összevethető elektronikus állapotinformációt, így a kettőnek megvannak a maga előnyei és hátrányai.
