Koncepcia/Princíp/Štruktúra/Vlastnosti rastrovacieho sondového mikroskopu
Rastrovací sondový mikroskop je súhrnné označenie pre rôzne nové typy sondových mikroskopov (mikroskop atómovej sily, mikroskop elektrostatickej sily, mikroskop magnetickej sily, rastrovací iónový vodivostný mikroskop, rastrovací elektrochemický mikroskop atď.) vyvinuté na báze rastrovacieho tunelového mikroskopu. Je to nástroj povrchovej analýzy vyvinutý na medzinárodnej úrovni v posledných rokoch.
Princíp a štruktúra rastrovacej sondovej mikroskopie
Základným pracovným princípom rastrovacieho sondového mikroskopu je využitie interakcie medzi sondou a povrchovými atómami a molekulami vzorky, to znamená na vytvorenie rôznych fyzikálnych polí interakcie, keď sú sonda a povrch vzorky blízko nanomierky, a na získanie povrchovej morfológie vzorky detekciou zodpovedajúcich fyzikálnych veličín. Mikroskop skenovacej sondy pozostáva z piatich častí: sonda, skener, snímač posunu, ovládač, detekčný systém a obrazový systém.
Riadiaca jednotka pohybuje vzorkou vertikálne a horizontálne cez skener, aby stabilizovala vzdialenosť (alebo fyzikálne množstvo interakcie) medzi sondou a vzorkou na pevnej hodnote; Súčasne pohybujte vzorkou v horizontálnej rovine xy tak, aby sonda skenovala povrch vzorky po dráhe skenovania. Mikroskop skenovacej sondy deteguje príslušné signály fyzikálnych veličín interakcie medzi sondou a vzorkou pomocou detekčného systému pri udržiavaní stabilnej vzdialenosti medzi sondou a vzorkou; V prípade stabilne interagujúcich fyzikálnych veličín je vzdialenosť medzi sondou a vzorkou detekovaná snímačom vertikálneho posunu. Obrazový systém vykonáva spracovanie obrazu na povrchu vzorky na základe detekčného signálu (alebo vzdialenosti medzi sondou a vzorkou).
Podľa rôznych fyzikálnych polí interakcie medzi sondou a použitou vzorkou sú mikroskopy so skenovacou sondou rozdelené do rôznych sérií mikroskopov. Rastrovacia tunelová mikroskopia (STM) a mikroskopia atómovej sily (AFM) sú dva bežne používané typy rastrovacích sondových mikroskopov. Rastrovací tunelový mikroskop zisťuje povrchovú štruktúru vzorky meraním tunelovacieho prúdu medzi sondou a testovanou vzorkou. Mikroskopia atómovej sily deteguje povrch vzorky detekciou mikrokonzolovej deformácie spôsobenej interakčnou silou medzi špičkou ihly a vzorkou pomocou fotoelektrického snímača posunu, ktorý môže byť buď atraktívny, alebo odpudivý.
Charakteristiky rastrovacej sondovej mikroskopie
Rastrovací sondový mikroskop je tretím typom mikroskopu, ktorý okrem poľnej iónovej mikroskopie a transmisnej elektrónovej mikroskopie s vysokým rozlíšením pozoruje štruktúru hmoty v atómovom meradle. Ak si vezmeme ako príklad skenovaciu tunelovú mikroskopiu (STM), jej bočné rozlíšenie je 0.1-0,2 nm a jej pozdĺžne hĺbkové rozlíšenie je 0,01 nm. Toto rozlíšenie umožňuje jasné pozorovanie jednotlivých atómov alebo molekúl rozmiestnených na povrchu vzorky. Medzitým možno mikroskopiu so skenovacou sondou použiť aj na pozorovanie a výskum vo vzduchu, v inom plynnom alebo kvapalnom prostredí.
Mikroskopy so skenovacou sondou majú vlastnosti, ako je atómové rozlíšenie, atómový transport a nanofabrikácia. Avšak v dôsledku rôznych pracovných princípov rôznych skenovacích mikroskopov výsledky, ktoré získajú, odrážajú veľmi odlišné povrchové informácie vzorky. Skenovací tunelový mikroskop meria informácie o distribúcii elektrónového stupňa na povrchu vzorky, ktorá má rozlíšenie na úrovni atómov, ale stále nemôže získať skutočnú štruktúru vzorky. A atómová mikroskopia zisťuje informácie o interakcii medzi atómami, takže môže získať informácie o usporiadaní povrchovej atómovej distribúcie vzorky, čo je skutočná štruktúra vzorky. Na druhej strane mikroskopia atómovej sily nemôže merať informácie o elektronickom stave, ktoré možno porovnať s teóriou, takže obe majú svoje silné a slabé stránky.
