Принцип и устройство сканирующего зондового микроскопа
Основной принцип работы сканирующей зондовой микроскопии заключается в использовании взаимодействия между зондом и поверхностными атомами и молекулами образца, то есть физических полей различных взаимодействий, образующихся, когда зонд и поверхность образца близки к наномасштабу, и полученные путем обнаружения соответствующих физических величин Морфология поверхности образца. Сканирующий зондовый микроскоп в основном состоит из пяти частей: зонда, сканера, датчика смещения, контроллера, системы обнаружения и системы изображения.
Контроллер перемещает образец в вертикальном направлении через сканер так, чтобы расстояние между зондом и образцом (или физическая величина взаимодействия) стабилизировалось на фиксированном значении; в то же время образец перемещается в горизонтальной плоскости xy, так что зонд следует за сканированием. Траектория сканирует поверхность образца. В сканирующей зондовой микроскопии, когда расстояние между зондом и образцом стабильно, система обнаружения обнаруживает соответствующий сигнал физической величины взаимодействия между зондом и образцом; когда физическая величина взаимодействия стабильна, она определяется датчиком смещения в вертикальном направлении. Расстояние между зондом и образцом. Система обработки изображений выполняет обработку изображения, такую как формирование изображения на поверхности образца в соответствии с сигналом обнаружения (или расстоянием между зондом и образцом).
Сканирующие зондовые микроскопы делятся на разные серии микроскопов в соответствии с различными физическими полями взаимодействия между зондом и образцом. Среди них сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) и атомно-силовой микроскоп (АСМ) представляют собой два наиболее часто используемых типа сканирующих зондовых микроскопов. Сканирующий туннельный микроскоп определяет структуру поверхности образца, определяя величину туннельного тока между зондом и тестируемым образцом. Атомно-силовой микроскоп обнаруживает поверхность образца, обнаруживая деформацию микроконсоли, вызванную силой взаимодействия между наконечником и образцом (которая может быть притягивающей или отталкивающей) с помощью фотоэлектрического датчика смещения.
Особенности сканирующих зондовых микроскопов
Сканирующая зондовая микроскопия является третьим микроскопом для наблюдения за структурой вещества в атомном масштабе после полевой ионной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Возьмем, к примеру, сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), его поперечное разрешение составляет 0,1~0,2 нм, а вертикальное разрешение по глубине - 0,01 нм. Такое разрешение позволяет четко наблюдать отдельные атомы или молекулы, распределенные по поверхности образца. В то же время сканирующий зондовый микроскоп может также проводить наблюдательные исследования в воздухе, других газах или жидких средах.
Сканирующие зондовые микроскопы обладают характеристиками атомарного разрешения, атомного транспорта и нано-микрообработки. Однако из-за различных принципов работы различных сканирующих микроскопов в деталях информация о поверхности образца, отражаемая полученными ими результатами, сильно различается. Сканирующая туннельная микроскопия измеряет информацию о распределении станций электронов на поверхности образца, которая имеет разрешение на атомном уровне, но все еще не может получить истинную структуру образца. Атомный микроскоп обнаруживает информацию о взаимодействии между атомами, поэтому можно получить информацию о расположении атомного распределения на поверхности образца, то есть реальную структуру образца. Но, с другой стороны, атомно-силовой микроскоп не может измерить информацию об электронном состоянии, которую можно сравнить с теорией, поэтому у них есть свои преимущества и недостатки.
