Nuskaitymo zondo mikroskopas

Pagal terminą Nuskaitymo zondo mikroskopas Yra daugybė mikroskopų ir su jais susijusių matavimo metodų, kurie naudojami paviršiams analizuoti. Todėl šie būdai yra paviršiaus ir sąsajų fizikos dalis. Nuskaitymo zondo mikroskopai būdingi tuo, kad matavimo zondas yra nukreipiamas per paviršių nedideliu atstumu.

Kas yra nuskaitymo zondo mikroskopas?

Visų tipų mikroskopai, kuriuose vaizdas sukuriamas dėl zondo ir mėginio sąveikos, yra vadinami skenavimo zondo mikroskopais. Tai išskiria šiuos metodus nuo šviesos mikroskopijos ir skenavimo elektronų mikroskopijos. Čia nenaudojami nei optiniai, nei elektroniniai-optiniai lęšiai.

Naudodamas skenavimo zondo mikroskopą, mėginio paviršius zondo pagalba nuskaitomas po truputį. Tokiu būdu kiekvienam taškui gaunamos išmatuotos vertės, kurios vėliau sujungiamos, kad būtų sukurtas skaitmeninis vaizdas.

Skenavimo zondo metodas pirmą kartą buvo sukurtas ir pristatytas 1981 m. Rohrer ir Binnig. Jis pagrįstas tunelio efektu, atsirandančiu tarp metalinio antgalio ir laidžiojo paviršiaus. Šis poveikis yra visų vėliau sukurtų skenuojančio zondo mikroskopijos metodų pagrindas.

Formos, tipai ir tipai

Yra įvairių tipų skenavimo zondo mikroskopai, kurie pirmiausia skiriasi zondo ir mėginio sąveika. Pradinis taškas buvo skenavimo tunelinė mikroskopija, kuri 1982 m. Pirmą kartą leido atomiškai išspręsti elektriškai laidžių paviršių vaizdus. Per kitus metus buvo sukurta daugybė kitų skenavimo zondo mikroskopijos metodų.

Naudodamas skenavimo tunelinį mikroskopą, tarp mėginio paviršiaus ir galiuko yra įtampa. Tunelio srovė matuojama tarp mėginio ir galiuko, kuriems taip pat neleidžiama liesti. 1984 m. Atsirado optinė artimojo lauko mikroskopija. Šviesa iš mėginio siunčiama iš zondo. Atominės jėgos mikroskopu zondas nukreipiamas atominių jėgų pagalba. Paprastai naudojamos vadinamosios van der Waals pajėgos. Zondo deformacija turi proporcingą jėgą, kuri nustatoma pagal zondo spyruoklinę konstantą.

Atominės jėgos mikroskopija buvo sukurta 1986 m. Iš pradžių atominės jėgos mikroskopai veikė tunelio galiuko, kuris veikia kaip detektorius, pagrindu. Šis tunelio galas nustato tikrąjį atstumą tarp mėginio paviršiaus ir jutiklio. Ši technologija naudoja tunelio įtampą, esančią tarp jutiklio galo ir aptikimo antgalio.

Šiais laikais šį metodą iš esmės pakeitė aptikimo principas, kai aptikimas atliekamas lazerio spinduliu, kuris veikia kaip šviesos rodyklė. Tai taip pat žinomas kaip lazerio jėgos mikroskopas. Be to, buvo sukurtas magnetinės jėgos mikroskopas, kuriame magnetinės jėgos tarp zondo ir mėginio yra pagrindu išmatuotoms vertėms nustatyti.

1986 m. Taip pat buvo sukurtas nuskaitymo terminis mikroskopas, kuriame mažytis jutiklis veikia kaip nuskaitymo zondas. Taip pat yra vadinamasis optinio skenavimo artimojo lauko mikroskopas, kuriame zondo ir mėginio sąveiką sudaro kylančios bangos.

Struktūra ir funkcionalumas

Iš esmės visi skenavimo zondo mikroskopai yra tipiški tuo, kad jie nuskaito mėginio paviršių tinkleliu. Naudojama mikroskopo zondo ir mėginio paviršiaus sąveika. Ši sąveika skiriasi priklausomai nuo skenavimo zondo mikroskopo tipo. Zondas yra didžiulis, palyginti su tiriamu pavyzdžiu, ir vis dėlto jis gali nustatyti mažus mėginio paviršiaus ypatumus. Svarbiausias atomas zondo gale yra ypač svarbus šiuo metu.

Nuskaitymo zondo mikroskopijos pagalba galima iki 10 pikometrų skiriamoji geba. Palyginimui: atomų dydis yra 100 pikometrų. Šviesos mikroskopų tikslumą riboja šviesos bangos ilgis. Dėl šios priežasties tokio tipo mikroskopu įmanomos tik maždaug 200–300 nanometrų skyros. Tai atitinka maždaug pusę šviesos bangos ilgio. Todėl skenavimo elektronų mikroskopu vietoj šviesos naudojami elektronų pluoštai. Padidinus energiją, bangos ilgį teoriškai galima padaryti kuo trumpesnį. Tačiau per mažas bangos ilgis sunaikins pavyzdį.

Medicininė ir sveikatos nauda

Su skenavimo zondo mikroskopu galima nuskaityti ne tik mėginio paviršių. Vietoj to, atskirus atomus taip pat galima pašalinti iš mėginio ir vėl nusodinti nurodytoje vietoje.

Nuo devintojo dešimtmečio pradžios skenuojančio zondo mikroskopijos plėtra sparčiai vystėsi. Naujos galimybės patobulinti žymiai mažesnį nei mikrometrų skiriamąjį gebą buvo būtina sąlyga siekiant pažangos nanomoksluose ir nanotechnologijose.Toks vystymasis ypač įvyko nuo 1990 m.

Remiantis pagrindiniais zondo skenavimo mikroskopijos metodais, šiais laikais yra padalinta daugybė kitų sub-metodų. Jie naudojasi skirtingais zondo galiuko ir mėginio paviršiaus sąveikos būdais.

Nuskaitymo zondo mikroskopai vaidina svarbų vaidmenį tokiose tyrimų srityse kaip nanochemija, nanobiologija, nanobiochemija ir nanomedicina. Nuskaitymo zondo mikroskopai netgi naudojami tyrinėti kitas planetas, tokias kaip Marsas.

Nuskaitymo zondo mikroskopuose naudojama speciali padėties nustatymo technika, pagrįsta vadinamuoju pjezo efektu. Zondo judėjimo aparatas yra valdomas kompiuterio ir leidžia labai tiksliai nustatyti padėtį. Tai leidžia kontroliuojamai nuskaityti mėginių paviršius ir sujungti matavimo rezultatus į ypač aukštos skyros ekraną.