Koncepcia/Princíp/Štruktúra/Charakteristika rastrovacieho sondového mikroskopu
Rastrovací sondový mikroskop je všeobecný pojem pre rôzne nové sondové mikroskopy (mikroskop s atómovou silou, elektrostatický silový mikroskop, magneticko silový mikroskop, rastrovací iónový vodivostný mikroskop, rastrovací elektrochemický mikroskop atď.) vyvinuté na báze rastrovacieho tunelového mikroskopu. Vyvinuté prístroje na analýzu povrchu.
Princíp a štruktúra rastrovacieho sondového mikroskopu
Základným pracovným princípom rastrovacieho sondového mikroskopu je využitie interakcie medzi sondou a povrchovými atómami a molekulami vzorky, to znamená fyzikálne polia rôznych interakcií, ktoré vznikajú, keď sú sonda a povrch vzorky blízko nanometrov, a získaná detekciou zodpovedajúcich fyzikálnych veličín Morfológia povrchu vzorky. Mikroskop skenovacej sondy sa skladá hlavne z piatich častí: sonda, skener, snímač posunu, ovládač, detekčný systém a obrazový systém.
Riadiaca jednotka pohybuje vzorkou vo vertikálnom smere cez skener tak, aby vzdialenosť medzi sondou a vzorkou (alebo fyzikálna veličina interakcie) bola stabilizovaná na pevnej hodnote; zároveň sa vzorka posúva v horizontálnej rovine xy tak, aby sonda sledovala skenovanie Dráha skenuje povrch vzorky. V mikroskopii so skenovacou sondou, keď je vzdialenosť medzi sondou a vzorkou stabilná, detekčný systém deteguje príslušný signál fyzikálnej veličiny interakcie medzi sondou a vzorkou; keď je fyzikálna veličina interakcie stabilná, deteguje ju snímač posunu vo vertikálnom smere Vzdialenosť medzi sondou a vzorkou. Obrazový systém vykonáva spracovanie obrazu, ako je zobrazovanie na povrchu vzorky podľa detekčného signálu (alebo vzdialenosti medzi sondou a vzorkou).
Mikroskopy so skenovacou sondou sú rozdelené do rôznych sérií mikroskopov podľa rôznych fyzikálnych polí interakcie medzi sondou a vzorkou. Medzi nimi rastrovací tunelový mikroskop (STM) a mikroskop s atómovou silou (AFM) sú dva typy skenovacích sondových mikroskopov, ktoré sa častejšie používajú. Skenovací tunelový mikroskop zisťuje povrchovú štruktúru vzorky zisťovaním veľkosti tunelového prúdu medzi sondou a testovanou vzorkou. Mikroskop atómovej sily deteguje povrch vzorky detekciou deformácie mikrokonzoly spôsobenej interakčnou silou medzi špičkou a vzorkou (ktorá môže byť atraktívna alebo odpudivá) fotoelektrickým snímačom posunu.
Vlastnosti skenovacích sondových mikroskopov
Skenovacia sondová mikroskopia je tretím mikroskopom na pozorovanie štruktúry hmoty v atómovom meradle po iónovej mikroskopii poľa a transmisnej elektrónovej mikroskopii s vysokým rozlíšením. Ak si vezmeme ako príklad skenovací tunelový mikroskop (STM), jeho bočné rozlíšenie je 0.1~0.2nm a rozlíšenie vertikálnej hĺbky je 0.01nm. Takéto rozlíšenie môže jasne pozorovať jednotlivé atómy alebo molekuly distribuované na povrchu vzorky. Mikroskop skenovacej sondy môže zároveň vykonávať pozorovací výskum vo vzduchu, iných plynoch alebo kvapalnom prostredí.
Mikroskopy so skenovacou sondou majú charakteristiky atómového rozlíšenia, atómového transportu a nano-mikrospracovania. Avšak vzhľadom na rozdielne pracovné princípy rôznych skenovacích mikroskopov v detailoch sú informácie na povrchu vzorky odrážané výsledkami, ktoré získali, veľmi odlišné. Skenovacia tunelová mikroskopia meria informácie o rozložení elektrónových staníc na povrchu vzorky, ktorá má rozlíšenie na atómovej úrovni, ale stále nemôže získať skutočnú štruktúru vzorky. Atómový mikroskop zisťuje informácie o interakcii medzi atómami, takže možno získať informácie o usporiadaní rozloženia atómov na povrchu vzorky, teda o skutočnej štruktúre vzorky. Ale na druhej strane mikroskop atómovej sily nemôže merať informácie o elektronickom stave, ktoré možno porovnať s teóriou, takže tieto dva majú svoje výhody a nevýhody.
