Scanning Probe mikroskop koncept, princip, struktur og karakteristika
Skanningssondemikroskop er en generel betegnelse for forskellige nye sondemikroskoper (atomkraftmikroskop, elektrostatisk kraftmikroskop, magnetisk kraftmikroskop, scanningionkonduktansmikroskop, scanningselektrokemisk mikroskop osv.) udviklet på basis af scanningstunnelmikroskop. Udviklede overfladeanalyseinstrumenter.
Princip og struktur af scanning probe mikroskop
Det grundlæggende arbejdsprincip for scanningprobemikroskopet er at bruge interaktionen mellem proben og overfladeatomer og molekyler i prøven, det vil sige de fysiske felter af forskellige interaktioner, der dannes, når proben og prøveoverfladen er tæt på nanoskalaen, og opnået ved at detektere de tilsvarende fysiske mængder Prøveoverflademorfologi. Scanningprobemikroskopet består hovedsageligt af fem dele: sonde, scanner, forskydningssensor, controller, detektionssystem og billedsystem.
Controlleren bevæger prøven i lodret retning gennem scanneren, således at afstanden mellem sonden og prøven (eller den fysiske mængde af interaktion) stabiliseres ved en fast værdi; samtidig flyttes prøven i det xy vandrette plan, så sonden følger scanningen. Stien scanner prøveoverfladen. I scanning probe mikroskopi, når afstanden mellem proben og prøven er stabil, detekterer detektionssystemet det relevante fysiske kvantitetssignal for interaktionen mellem proben og prøven; når den fysiske mængde af interaktionen er stabil, detekteres den af forskydningssensoren gennem den lodrette retning. Afstanden mellem sonden og prøven. Billedsystemet udfører billedbehandling såsom billeddannelse på overfladen af prøven i overensstemmelse med detektionssignalet (eller afstanden mellem sonden og prøven).
Scanning probe mikroskoper er opdelt i forskellige serier af mikroskoper i henhold til de forskellige fysiske felter af interaktionen mellem sonden og prøven. Blandt dem er scanning tunneling microscope (STM) og atomic force microscope (AFM) to typer scanning probe mikroskoper, der er mere almindeligt anvendt. Scanningstunnelmikroskopet detekterer prøvens overfladestruktur ved at detektere størrelsen af tunnelstrømmen mellem sonden og prøven, der skal testes. Atomkraftmikroskopet detekterer overfladen af prøven ved at detektere deformationen af mikro-cantileveren forårsaget af interaktionskraften mellem spidsen og prøven (som kan være attraktiv eller frastødende) af en fotoelektrisk forskydningssensor.
Funktioner af scanning probe mikroskoper
Scanning probe mikroskopi er det tredje mikroskop til at observere strukturen af stof på atomare skala efter feltionmikroskopi og højopløsningstransmissionselektronmikroskopi. Tager man Scanning Tunneling Microscope (STM) som eksempel, er dets laterale opløsning 0.1~0.2nm, og dets vertikale dybdeopløsning er 0.01nm. En sådan opløsning kan tydeligt observere enkelte atomer eller molekyler fordelt på overfladen af prøven. Samtidig kan scanningsprobemikroskopet også udføre observationsforskning i luft, andre gasser eller væskemiljøer.
Scanning sondemikroskoper har karakteristika af atomopløsning, atomtransport og nano-mikrobehandling. Men på grund af de forskellige arbejdsprincipper for forskellige scanningsmikroskoper i detaljer, er informationen på overfladen af prøven, der afspejles af resultaterne opnået af dem, meget forskellige. Scanning tunneling mikroskopi måler distributionsinformationen af elektronstationer på overfladen af prøven, som har opløsning på atomniveau, men som stadig ikke kan opnå den sande struktur af prøven. Atommikroskopet detekterer interaktionsinformationen mellem atomer, så arrangementsinformationen om atomfordelingen på prøveoverfladen kan opnås, det vil sige prøvens reelle struktur. Men på den anden side kan atomkraftmikroskopet ikke måle den elektroniske tilstandsinformation, der kan sammenlignes med teorien, så de to har deres egne fordele og ulemper.
