Koncept/Princip/Struktur/Funktioner af Scanning Probe Mikroskop
Skanningssondemikroskop er en samlebetegnelse for forskellige nye typer af sondemikroskoper (atomkraftmikroskop, elektrostatisk kraftmikroskop, magnetisk kraftmikroskop, scanningionkonduktivitetsmikroskop, scanningselektrokemisk mikroskop osv.) udviklet på basis af scanningtunnelmikroskop. Det er et overfladeanalyseinstrument udviklet internationalt i de senere år.
Princippet og strukturen af scanning probe mikroskopi
Det grundlæggende arbejdsprincip for et scanningprobemikroskop er at udnytte interaktionen mellem proben og prøvens overfladeatomer og molekyler, det vil sige at danne forskellige fysiske interaktionsfelter, når proben og prøveoverfladen er tæt på nanoskalaen. og at opnå overflademorfologien af prøven ved at detektere tilsvarende fysiske mængder. Scanningsondemikroskopet består af fem dele: en sonde, en scanner, en forskydningssensor, en controller, et detektionssystem og et billedsystem.
Controlleren bevæger prøven lodret og vandret gennem en scanner for at stabilisere afstanden (eller den fysiske mængde af interaktion) mellem sonden og prøven ved en fast værdi; Flyt samtidig prøven i det xy vandrette plan, så sonden scanner overfladen af prøven langs scanningsbanen. Scanningprobemikroskopet detekterer de relevante fysiske kvantitetssignaler af interaktionen mellem proben og prøven af detektionssystemet, mens der opretholdes en stabil afstand mellem proben og prøven; I tilfælde af stabile vekselvirkende fysiske størrelser detekteres afstanden mellem sonden og prøven af en lodret forskydningssensor. Billedsystemet udfører billedbehandling på overfladen af prøven baseret på detektionssignalet (eller afstanden mellem sonden og prøven).
I henhold til de forskellige fysiske interaktionsfelter mellem sonden og den anvendte prøve, er scanningsprobemikroskoper opdelt i forskellige serier af mikroskoper. Scanning tunneling mikroskopi (STM) og atomic force microscopy (AFM) er to almindeligt anvendte typer scanning probe mikroskoper. Scanning tunneling mikroskop detekterer overfladestrukturen af en prøve ved at måle tunnelstrømmen mellem sonden og prøven, der testes. Atomkraftmikroskopi detekterer overfladen af en prøve ved at detektere mikrocantilever-deformationen forårsaget af interaktionskraften mellem nålespidsen og prøven ved hjælp af en fotoelektrisk forskydningssensor, som enten kan være attraktiv eller frastødende.
Karakteristika ved scanning probe mikroskopi
Scanning probe mikroskop er den tredje type mikroskop, der observerer strukturen af stof på atomare skala, foruden feltionmikroskopi og højopløsningstransmissionselektronmikroskopi. Tager man scanning tunneling microscopy (STM) som et eksempel, er dens laterale opløsning 0.1-0.2nm, og dens langsgående dybdeopløsning er 0.01nm. Denne opløsning giver mulighed for klar observation af individuelle atomer eller molekyler fordelt på overfladen af prøven. I mellemtiden kan scanning probe mikroskopi også bruges til observation og forskning i luft, andre gas- eller væskemiljøer.
Scanningprobemikroskoper har egenskaber som atomopløsning, atomtransport og nanofabrikation. Men på grund af de forskellige arbejdsprincipper for forskellige scanningsmikroskoper afspejler de resultater, de opnår, meget forskellig overfladeinformation af prøven. Scanningstunnelmikroskopet måler distributionsinformationen for elektronstadiet på overfladen af prøven, som har opløsning på atomniveau, men som stadig ikke kan opnå den sande struktur af prøven. Og atommikroskopi detekterer interaktionsinformationen mellem atomer, så den kan opnå arrangementsinformationen om prøvens overfladeatomfordeling, som er prøvens sande struktur. På den anden side kan atomkraftmikroskopi ikke måle elektronisk tilstandsinformation, der kan sammenlignes med teori, så begge har deres egne styrker og svagheder.
