Conceito/Princípio/Estrutura/Características do Microscópio de Sonda de Varredura
Microscópio de sonda de varredura é um termo geral para vários novos microscópios de sonda (microscópio de força atômica, microscópio de força eletrostática, microscópio de força magnética, microscópio de condutância de íons de varredura, microscópio eletroquímico de varredura, etc.) desenvolvido com base no microscópio de tunelamento de varredura. Instrumentos de análise de superfície desenvolvidos.
Princípio e Estrutura do Microscópio de Sonda de Varredura
O princípio básico de funcionamento do microscópio de sonda de varredura é usar a interação entre a sonda e os átomos e moléculas da superfície da amostra, ou seja, os campos físicos de várias interações formadas quando a sonda e a superfície da amostra estão próximas da nanoescala, e obtido pela detecção das quantidades físicas correspondentes Morfologia da superfície da amostra. O microscópio de sonda de varredura é composto principalmente de cinco partes: sonda, scanner, sensor de deslocamento, controlador, sistema de detecção e sistema de imagem.
O controlador move a amostra na direção vertical através do scanner para que a distância entre a sonda e a amostra (ou a quantidade física de interação) seja estabilizada em um valor fixo; ao mesmo tempo, a amostra é movida no plano horizontal xy para que a sonda siga a varredura O caminho varre a superfície da amostra. Na microscopia de sonda de varredura, quando a distância entre a sonda e a amostra é estável, o sistema de detecção detecta o sinal de quantidade física relevante da interação entre a sonda e a amostra; quando a quantidade física da interação é estável, ela é detectada pelo sensor de deslocamento através da direção vertical A distância entre a sonda e a amostra. O sistema de imagem executa o processamento de imagem, como a geração de imagens na superfície da amostra de acordo com o sinal de detecção (ou a distância entre a sonda e a amostra).
Os microscópios de sonda de varredura são divididos em diferentes séries de microscópios de acordo com os diferentes campos físicos da interação entre a sonda e a amostra. Entre eles, o microscópio de tunelamento de varredura (STM) e o microscópio de força atômica (AFM) são dois tipos de microscópios de sonda de varredura que são mais comumente usados. O microscópio de tunelamento de varredura detecta a estrutura da superfície da amostra detectando o tamanho da corrente do túnel entre a sonda e a amostra a ser testada. O microscópio de força atômica detecta a superfície da amostra detectando a deformação do microcantilever causada pela força de interação entre a ponta e a amostra (que pode ser atrativa ou repulsiva) por um sensor de deslocamento fotoelétrico.
Características dos microscópios de sonda de varredura
A microscopia de sonda de varredura é o terceiro microscópio para observar a estrutura da matéria na escala atômica após a microscopia iônica de campo e a microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução. Tomando o Microscópio de Tunelamento de Varredura (STM) como exemplo, sua resolução lateral é 0.1~0.2nm, e sua resolução de profundidade vertical é 0.01nm. Essa resolução pode observar claramente átomos individuais ou moléculas distribuídas na superfície da amostra. Ao mesmo tempo, o microscópio de sonda de varredura também pode realizar pesquisas de observação no ar, outros gases ou ambientes líquidos.
Os microscópios de sonda de varredura têm as características de resolução atômica, transporte atômico e nanomicroprocessamento. No entanto, devido aos diferentes princípios de funcionamento de vários microscópios de varredura em detalhes, as informações na superfície da amostra refletidas pelos resultados obtidos por eles são muito diferentes. A microscopia de tunelamento de varredura mede as informações de distribuição das estações eletrônicas na superfície da amostra, que tem resolução em nível atômico, mas ainda não consegue obter a verdadeira estrutura da amostra. O microscópio atômico detecta as informações de interação entre os átomos, de modo que se pode obter as informações de arranjo da distribuição atômica na superfície da amostra, ou seja, a estrutura real da amostra. Mas, por outro lado, o microscópio de força atômica não pode medir as informações do estado eletrônico que podem ser comparadas com a teoria, então os dois têm suas próprias vantagens e desvantagens.
