Концепция/Принцип/Строение/Особенности сканирующего зондового микроскопа
Сканирующий зондовый микроскоп — собирательный термин для обозначения различных новых типов зондовых микроскопов (атомно-силовой микроскоп, электростатический силовой микроскоп, магнитно-силовой микроскоп, сканирующий микроскоп ионной проводимости, сканирующий электрохимический микроскоп и др.), разработанных на базе сканирующего туннельного микроскопа. Это инструмент для анализа поверхности, разработанный в последние годы на международном уровне.
Принцип и структура сканирующей зондовой микроскопии.
Основной принцип работы сканирующего зондового микроскопа заключается в использовании взаимодействия между зондом и поверхностными атомами и молекулами образца, то есть в формировании различных физических полей взаимодействия, когда зонд и поверхность образца близки к наномасштабу. и получить морфологию поверхности образца путем обнаружения соответствующих физических величин. Сканирующий зондовый микроскоп состоит из пяти частей: зонда, сканера, датчика перемещения, контроллера, системы детектирования и системы изображения.
Контроллер перемещает образец вертикально и горизонтально через сканер, чтобы стабилизировать расстояние (или физическую величину взаимодействия) между зондом и образцом на фиксированном значении; Одновременно перемещайте образец в горизонтальной плоскости xy, чтобы датчик сканировал поверхность образца вдоль траектории сканирования. Сканирующий зондовый микроскоп обнаруживает соответствующие сигналы физических величин взаимодействия между зондом и образцом с помощью системы обнаружения, сохраняя при этом стабильное расстояние между зондом и образцом; В случае стабильно взаимодействующих физических величин расстояние между зондом и образцом определяется датчиком вертикального перемещения. Система изображений выполняет обработку изображения на поверхности образца на основе сигнала обнаружения (или расстояния между зондом и образцом).
В зависимости от различных физических полей взаимодействия зонда и используемого образца сканирующие зондовые микроскопы подразделяются на разные серии микроскопов. Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) и атомно-силовая микроскопия (АСМ) — два широко используемых типа сканирующих зондовых микроскопов. Сканирующий туннельный микроскоп обнаруживает структуру поверхности образца путем измерения туннельного тока между зондом и испытуемым образцом. Атомно-силовая микроскопия обнаруживает поверхность образца путем обнаружения деформации микрокантилевера, вызванной силой взаимодействия между кончиком иглы и образцом, с помощью фотоэлектрического датчика смещения, который может быть как притягивающим, так и отталкивающим.
Характеристики сканирующей зондовой микроскопии
Сканирующий зондовый микроскоп — третий тип микроскопа, который наблюдает за структурой вещества на атомном уровне, помимо полевой ионной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Если взять в качестве примера сканирующую туннельную микроскопию (СТМ), ее поперечное разрешение составляет 0.1-0.2 нм, а продольное разрешение по глубине составляет 0.01 нм. Такое разрешение позволяет четко наблюдать отдельные атомы или молекулы, распределенные на поверхности образца. Между тем, сканирующая зондовая микроскопия также может использоваться для наблюдения и исследования воздуха, других газовых или жидких сред.
Сканирующие зондовые микроскопы обладают такими характеристиками, как атомное разрешение, атомный транспорт и нанопроизводство. Однако из-за разных принципов работы различных сканирующих микроскопов полученные ими результаты отражают очень разную информацию о поверхности образца. Сканирующий туннельный микроскоп измеряет информацию о распределении электронной стадии на поверхности образца, который имеет разрешение на атомном уровне, но все еще не может получить истинную структуру образца. А атомная микроскопия обнаруживает информацию о взаимодействии между атомами, поэтому она может получить информацию о расположении поверхностного распределения атомов образца, что является истинной структурой образца. С другой стороны, атомно-силовая микроскопия не может измерить информацию о состоянии электрона, которую можно сравнить с теорией, поэтому оба метода имеют свои сильные и слабые стороны.
