Pod izrazom Mikroskop za skeniranje Obstaja več mikroskopov in z njimi povezanih merilnih metod, ki se uporabljajo za analizo površin. Te tehnike so zato del fizike površin in vmesnikov. Mikroskopi za skeniranje sonde so značilni, da se merilna sonda vodi na površini na majhni razdalji.
Kaj je mikroskop za skeniranje?
Vse vrste mikroskopov, pri katerih je slika ustvarjena kot rezultat interakcije med sondo in vzorcem, se imenujejo skenirajoči mikroskopi. To razlikuje te metode tako od svetlobne mikroskopije kot od skeniranja elektronske mikroskopije. Tu se ne uporabljajo niti optične niti elektronsko-optične leče.
Z mikroskopom za sondiranje površino vzorca s pomočjo sonde skeniramo po korakih. Na ta način dobimo izmerjene vrednosti za vsako posamezno točko, ki jih nato združimo za ustvarjanje digitalne slike.
Metodo skeniranja so prvič razvili in predstavili leta 1981 Rohrer in Binnig. Temelji na učinku tunela, ki nastane med kovinsko konico in prevodno površino. Ta učinek je osnova za vse metode mikroskopije za skeniranje, razvite pozneje.
Oblike, vrste in vrste
Obstajajo različne vrste skenirnih mikroskopov, ki se razlikujejo predvsem glede interakcije med sondo in vzorcem. Izhodišče je bila mikroskopija za skeniranje s tuneli, ki je leta 1982 prvič omogočila atomsko ločljivo predstavitev električno prevodnih površin. V naslednjih letih so se razvile številne druge metode skeniranja z mikroskopijo.
S skenirnim tunelirnim mikroskopom se napetost med površino vzorca in konico. Tunelski tok se meri med vzorcem in vrhom, ki se prav tako ne smeta dotikati. Leta 1984 se je pojavila optična mikroskopija v bližini. Tu se skozi vzorec s sonde pošlje svetloba. V mikroskopu atomske sile se sonda odkloni s pomočjo atomskih sil. Običajno se uporabljajo tako imenovane sile van der Waals. Odklon sonde je sorazmeren razmerju s silo, ki se določi glede na vzmetno konstanto sonde.
Mikroskopija z atomsko silo je bila razvita leta 1986. Na začetku so mikroskopi z atomsko silo delovali na podlagi vrha tunela, ki deluje kot detektor. Ta konica tunela določa dejansko razdaljo med površino vzorca in senzorjem. Ta tehnologija uporablja napetost predora, ki obstaja med zadnjo stranjo senzorja in detekcijskim vrhom.
Danes je to metodo v veliki meri nadomestilo načelo zaznavanja, pri detekciji pa se uporablja laserski žarek, ki deluje kot svetlobni kazalec. To je znano tudi kot laserski silski mikroskop. Poleg tega je bil razvit magnetni silo z magnetno silo, v katerem so magnetne sile med sondo in vzorcem osnova za določanje izmerjenih vrednosti.
Leta 1986 je bil razvit tudi skenirajoči termični mikroskop, v katerem je majhen senzor kot sonda za skeniranje. Obstaja tudi tako imenovano optično skeniranje mikroskopa v bližini polja, pri katerem je interakcija med sondo in vzorcem sestavljena iz evanescentnih valov.
Struktura in funkcionalnost
Načeloma imajo vse vrste skenirajočih mikroskopov skupno to, da skenirajo površino vzorca v mreži. Uporablja se interakcija med sondo mikroskopa in površino vzorca. Ta interakcija se razlikuje glede na vrsto mikroskopa za skeniranje. Sonda je v primerjavi z vzorcem, ki ga pregledujemo, ogromna, vendar kljub temu lahko ugotovi drobne površinske značilnosti vzorca. Na tem mestu je še posebej pomemben prvi atom na konici sonde.
S pomočjo skenirne mikroskopije so možne ločljivosti do 10 pikometer. Za primerjavo: velikost atomov je v območju 100 pikometer. Natančnost svetlobnih mikroskopov je omejena z valovno dolžino svetlobe. Zaradi tega so s to vrsto mikroskopa možne le ločljivosti od približno 200 do 300 nanometrov. To ustreza približno polovici valovne dolžine svetlobe. Zato se elektronski žarki namesto svetlobe uporabljajo v skenirajočem elektronskem mikroskopu. S povečanjem energije lahko valovno dolžino v teoriji naredimo tako hitro, kot je želeno. Toda premajhna valovna dolžina bi uničila vzorec.
Medicinske in zdravstvene koristi
S pomočjo optičnega mikroskopa ni mogoče samo skenirati površine vzorca. Namesto tega lahko posamezne atome odstranimo tudi iz vzorca in jih ponovno odložimo na določeno mesto.
Od zgodnjih osemdesetih let je razvoj skeniranja mikroskopije zelo hitro napredoval. Nove možnosti za izboljšanje ločljivosti veliko manj kot mikrometra so bile bistveni pogoj za napredek nanoznanosti in nanotehnologije, ki se je pojavil zlasti od devetdesetih let prejšnjega stoletja.
Na osnovi osnovnih metod skeniranja mikroskopije so danes razdeljene številne druge pododločbe. Ti izkoristijo različne vrste interakcij med vrhom sonde in površino vzorca.
Skeniranje mikroskopov ima ključno vlogo na raziskovalnih področjih, kot so nanokemija, nanobiologija, nanobiokemija in nanomedicina. Skenirni mikroskopi se uporabljajo celo za raziskovanje drugih planetov, kot je Mars.
Optični bralni mikroskopi uporabljajo posebno tehniko pozicioniranja, ki temelji na tako imenovanem piezo učinku. Napravo za premikanje sonde nadzira računalnik in omogoča zelo natančno pozicioniranje. To omogoča kontrolirano skeniranje površin vzorcev, rezultate meritev pa v združevanje izredno visoke ločljivosti.
.jpg)
