Pásztázó szonda mikroszkóp

A kifejezés alatt Pásztázó szonda mikroszkóp Számos mikroszkóp és kapcsolódó mérési módszer létezik a felületek elemzésére. Ezért ezek a technikák a felület és az interfész fizika részét képezik. A pásztázó szonda mikroszkópjai azzal jellemezhetők, hogy egy mérőszondát kis távolságra vezetnek egy felületre.

Mi a pásztázó szonda mikroszkóp?

Minden olyan mikroszkópot, amelyben a kép a szonda és a minta közötti kölcsönhatás eredményeként jön létre, szkennelő szonda mikroszkópnak nevezzük. Ez megkülönbözteti ezeket a módszereket mind a fénymikroszkópos, mind a pásztázó elektronmikroszkópiától. Sem optikai, sem elektron-optikai lencséket nem használnak itt.

A pásztázó szonda mikroszkóp segítségével a minta felületét szonda segítségével apránként beolvassa. Ily módon minden egyes ponthoz mért értékeket kapunk, amelyeket egyesítünk egy digitális kép létrehozásához.

A pásztázó szonda módszerét először Rohrer és Binnig fejlesztették ki 1981-ben. Az alagúthatáson alapszik, amely egy fémcsúcs és egy vezetőképes felület között merül fel. Ez a hatás képezi az összes később kifejlesztett pásztázó szonda mikroszkópos módszer alapját.

Alakok, típusok és típusok

Különböző típusú pásztázó szondamikroszkópok léteznek, amelyek elsősorban a szonda és a minta kölcsönhatása tekintetében különböznek egymástól. A kiindulási pont a pásztázó alagút mikroszkópia volt, amely 1982-ben először tette lehetővé az elektromosan vezető felületek atomikusan megbontott ábrázolását. A következő évek során számos más pásztázó szonda mikroszkópos módszer került kifejlesztésre.

A pásztázó alagútmikroszkóppal feszültséget vezetünk a minta felülete és a csúcs közé. Az alagút áramát a minta és a csúcs között mérik, amelyek szintén nem érintkezhetnek. 1984-ben optikai közel-mező mikroszkópia alakult ki. Itt fény kerül a mintán keresztül egy szondából. Az atomi erőmikroszkópban a szonda atomerők által elhajlik. Általában az úgynevezett van der Waals erőket alkalmazzák. A szonda alakváltozása arányos az erővel, amelyet a szonda rugóállandója alapján határozunk meg.

Az atomerő mikroszkópiát 1986-ban fejlesztették ki. A kezdetben az atomerő mikroszkópok egy alagút csúcsán alapultak, amely detektorként működik. Ez az alagút hegy meghatározza a minta felülete és az érzékelő közötti tényleges távolságot. A technológia felhasználja az alagút feszültségét, amely az érzékelő hátulja és az érzékelő csúcsa között van.

Manapság ezt a módszert nagyrészt felváltotta a detektálási elv, az érzékelést egy lézernyaláb segítségével végezték, amely fénymutatóként működik. Ezt lézer erőmikroszkópnak is nevezik. Ezenkívül kifejlesztettek egy mágneses erőmikroszkópot, amelyben a szonda és a minta közötti mágneses erők képezik a mért értékek meghatározásának alapját.

1986-ban kifejlesztették a pásztázó hőmikroszkópot is, amelyben egy apró érzékelő letapogató szondaként működik. Létezik egy úgynevezett optikai pásztázó közel-mezős mikroszkóp is, amelyben a szonda és a minta közötti kölcsönhatás izzó hullámokból áll.

Felépítés és funkcionalitás

Alapvetően minden típusú pásztázó szonda-mikroszkóp közös, hogy a minta felületét egy rácsban szkenneli. A mikroszkóp szonda és a minta felülete közötti kölcsönhatást használjuk. Ez az interakció a pásztázó szonda mikroszkóp típusától függően eltérő. A szonda hatalmas a vizsgált mintához képest, mégis képes meghatározni a minta apró felületi tulajdonságait. A szonda csúcsán levő legfontosabb atom ezen a ponton különösen releváns.

A pásztázó szonda mikroszkópia segítségével akár 10 pikométer felbontás is lehetséges. Összehasonlításképpen: az atomok mérete 100 pikométer tartományban van. A fénymikroszkópok pontosságát a fény hullámhossza korlátozza. Ezért csak az ilyen típusú mikroszkóp segítségével 200-300 nanométer felbontás lehetséges. Ez körülbelül a fény hullámhosszának felel meg. Ezért a pásztázó elektronmikroszkópban a fény helyett elektronnyalábot használnak. Az energia növelésével a hullámhossz elvileg a kívánt lehet. A túl kicsi hullámhossz azonban elpusztítja a mintát.

Orvosi és egészségügyi előnyök

Pásztázó szonda-mikroszkóp segítségével nem csak a minta felületét lehet beolvasni. Ehelyett az egyes atomok is eltávolíthatók a mintából, és újra elhelyezhetők egy meghatározott helyen.

Az 1980-as évek eleje óta a pásztázó szonda mikroszkópia fejlődése gyorsan haladt. A mikrométernél kevesebb, jobb felbontás lehetőségei nélkülözhetetlen előfeltételei voltak a nanotudományok és a nanotechnológia fejlődésének, ez a fejlemény különösen az 1990-es évek óta következett be.

A szonda mikroszkópia szkennelésének alapvető módszerei alapján manapság számos más módszert osztanak fel. Ezek kihasználják a szonda csúcsa és a minta felülete közötti különféle kölcsönhatások előnyeit.

A pásztázó szonda mikroszkópok alapvető szerepet játszanak a kutatási területeken, például a nanokémia, nanobiológia, nanobiokémia és nanomedicina területén. A pásztázó szonda mikroszkópokat más bolygók, például a Mars felfedezésére is használják.

A pásztázó szonda mikroszkópjai egy speciális pozicionálási technikát használnak, amely az úgynevezett piezohatáson alapul. A szonda mozgatására szolgáló berendezést a számítógép vezérli, és nagyon pontos pozicionálást tesz lehetővé. Ez lehetővé teszi a minták felületének ellenőrzött letapogatását és a mérési eredmények összekapcsolását egy rendkívül nagy felbontású kijelzőn.