Microscop microscop de scanare

Conform termenului Microscop microscop de scanare Există o serie de microscoape și metodele de măsurare asociate care sunt utilizate pentru a analiza suprafețele. Prin urmare, aceste tehnici fac parte din fizica suprafeței și a interfeței. Microscopele cu sondă de scanare sunt caracterizate prin aceea că o sondă de măsurare este ghidată pe o suprafață la o distanță mică.

Ce este un microscop sondă de scanare?

Toate tipurile de microscoape în care imaginea este creată ca urmare a unei interacțiuni între sondă și eșantion sunt denumite microscopuri cu sondă de scanare. Acest lucru distinge aceste metode atât de microscopie ușoară, cât și de microscopie electronică de scanare. Nici lentile optice și nici electronice nu sunt utilizate aici.

Cu ajutorul microscopului cu sondă de scanare, suprafața eșantionului este scanată pic de biți cu ajutorul unei sonde. În acest fel, valorile măsurate sunt obținute pentru fiecare punct individual, care sunt apoi combinate pentru a crea o imagine digitală.

Metoda sondării de scanare a fost dezvoltată și prezentată pentru prima dată în 1981 de Rohrer și Binnig. Se bazează pe efectul tunel care apare între un vârf metalic și o suprafață conductivă. Acest efect constituie baza tuturor metodelor de microscopie cu sondă de scanare dezvoltate ulterior.

Forme, tipuri și tipuri

Există diferite tipuri de microscopuri cu sondă de scanare, care diferă în primul rând în ceea ce privește interacțiunea dintre sondă și probă. Punctul de plecare a fost microscopia tunelului de scanare, care în 1982 a permis pentru prima dată o reprezentare rezolvată atomic a suprafețelor conductoare electric. În anii următori s-au dezvoltat numeroase alte metode de microscopie cu sondă de scanare.

Cu ajutorul microscopului de scanare, se aplică o tensiune între suprafața eșantionului și vârf. Curentul tunelului este măsurat între eșantion și vârf, care, de asemenea, nu sunt lăsate să atingă. În 1984 a apărut o microscopie optică aproape de câmp. Aici se trimite lumină prin eșantion de la o sondă. În microscopul cu forțe atomice, sonda este deviată cu ajutorul forțelor atomice. De obicei se folosesc așa-numitele forțe van der Waals. Deformația sondei are o relație proporțională cu forța, care este determinată în funcție de constanta de arc a sondei.

Microscopie cu forță atomică a fost dezvoltată în 1986. La început, microscopele cu forță atomică au funcționat pe baza unui vârf de tunel care acționează ca un detector. Acest vârf de tunel determină distanța reală între suprafața eșantionului și senzor. Tehnologia folosește tensiunea tunelului care există între spatele senzorului și vârful de detectare.

În prezent, această metodă a fost în mare parte înlocuită de principiul de detectare, cu detectarea folosind un fascicul laser care funcționează ca un indicator luminos. Acesta este cunoscut și sub denumirea de microscop microscopic. În plus, a fost dezvoltat un microscop cu forță magnetică în care forțele magnetice dintre sondă și probă servesc drept bază pentru determinarea valorilor măsurate.

În 1986 a fost dezvoltat și microscopul termic de scanare, în care un mic senzor funcționează ca o sondă de scanare. Există, de asemenea, un așa-numit microscop optic de scanare optică, în care interacțiunea dintre sondă și probă constă din unde evanescente.

Structura și funcționalitatea

În principiu, toate tipurile de microscopuri cu sondă de scanare au în comun că scanează suprafața eșantionului într-o grilă. Se folosește interacțiunea dintre sonda microscopului și suprafața probei. Această interacțiune diferă în funcție de tipul microscopului cu sondă de scanare. Sonda este imensă în comparație cu eșantionul examinat și totuși este capabilă să determine caracteristicile minime ale suprafeței. Atomul principal din vârful sondei este deosebit de relevant în acest moment.

Cu ajutorul microscopiei sondei de scanare, sunt posibile rezoluții de până la 10 picometri. Pentru comparație: dimensiunea atomilor este cuprinsă în intervalul 100 picometri. Precizia microscopurilor ușoare este limitată de lungimea de undă a luminii. Din acest motiv, sunt posibile numai rezoluții de aproximativ 200 până la 300 nanometri cu acest tip de microscop. Aceasta corespunde aproximativ la jumătatea lungimii de undă a luminii. Prin urmare, fasciculele de electroni sunt utilizate în loc de lumină într-un microscop electronic de scanare. Prin creșterea energiei, în teorie, lungimea de undă poate fi realizată cât mai scurt. Cu toate acestea, o lungime de undă prea mică ar distruge eșantionul.

Beneficii medicale și de sănătate

Cu ajutorul unui microscop sondă de scanare, nu este posibilă doar scanarea suprafeței unui eșantion. În schimb, atomii individuali pot fi, de asemenea, eliminați din eșantion și depozitați din nou într-o locație specificată.

De la începutul anilor 1980, dezvoltarea microscopiei sondelor de scanare a avansat rapid. Noile posibilități de îmbunătățire a rezoluției cu mult mai puțin decât un micrometru au fost o condiție esențială pentru progresele din nanoștiințe și nanotehnologie.

Pe baza metodelor de bază pentru scanarea microscopiei sondei, în prezent sunt divizate numeroase alte sub-metode. Acestea profită de diferite tipuri de interacțiune între vârful sondei și suprafața probei.

Microscopele cu sondă de scanare joacă un rol esențial în domenii de cercetare cum ar fi nanochimia, nanobiologia, nanobiochimia și nanomedicina. Microscoape-sonde de scanare sunt chiar folosite pentru a explora alte planete, cum ar fi Marte.

Microscopele cu sondă de scanare folosesc o tehnică specială de poziționare bazată pe așa-numitul efect piezo. Aparatul pentru deplasarea sondei este controlat de computer și permite poziționarea extrem de precisă. Acest lucru permite suprafețele eșantioanelor să fie scanate într-o manieră controlată și rezultatele măsurării să fie combinate într-un afișaj de rezoluție extrem de înaltă.