Conceito/Princípio/Estrutura/Características do Microscópio de Sonda de Varredura
Microscópio de sonda de varredura é um termo coletivo para vários novos tipos de microscópios de sonda (microscópio de força atômica, microscópio de força eletrostática, microscópio de força magnética, microscópio de condutividade iônica de varredura, microscópio eletroquímico de varredura, etc.) desenvolvidos com base no microscópio de tunelamento de varredura. É um instrumento de análise de superfície desenvolvido internacionalmente nos últimos anos.
O princípio e a estrutura da microscopia de varredura por sonda
O princípio básico de funcionamento de um microscópio de sonda de varredura é utilizar a interação entre a sonda e os átomos e moléculas da superfície da amostra, ou seja, formar vários campos físicos de interação quando a sonda e a superfície da amostra estão próximas da nanoescala, e obter a morfologia da superfície da amostra através da detecção de quantidades físicas correspondentes. O microscópio de sonda de varredura consiste em cinco partes: uma sonda, um scanner, um sensor de deslocamento, um controlador, um sistema de detecção e um sistema de imagem.
O controlador move a amostra verticalmente e horizontalmente através de um scanner para estabilizar a distância (ou quantidade física de interação) entre a sonda e a amostra em um valor fixo; Mova simultaneamente a amostra no plano horizontal xy, de modo que a sonda varra a superfície da amostra ao longo do caminho de varredura. O microscópio de sonda de varredura detecta os sinais de quantidade física relevantes da interação entre a sonda e a amostra pelo sistema de detecção, mantendo uma distância estável entre a sonda e a amostra; No caso de quantidades físicas de interação estável, a distância entre a sonda e a amostra é detectada por um sensor de deslocamento vertical. O sistema de imagem realiza o processamento de imagem na superfície da amostra com base no sinal de detecção (ou na distância entre a sonda e a amostra).
De acordo com os diferentes campos físicos de interação entre a sonda e a amostra utilizada, os microscópios de varredura com sonda são divididos em diferentes séries de microscópios. A microscopia de varredura por tunelamento (STM) e a microscopia de força atômica (AFM) são dois tipos comumente usados de microscópios de sonda de varredura. O microscópio de tunelamento de varredura detecta a estrutura da superfície de uma amostra medindo a corrente de tunelamento entre a sonda e a amostra que está sendo testada. A microscopia de força atômica detecta a superfície de uma amostra detectando a micro deformação do cantilever causada pela força de interação entre a ponta da agulha e a amostra usando um sensor de deslocamento fotoelétrico, que pode ser atraente ou repulsivo.
As características da microscopia de varredura por sonda
O microscópio de sonda de varredura é o terceiro tipo de microscópio que observa a estrutura da matéria em escala atômica, além da microscopia iônica de campo e da microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução. Tomando como exemplo a microscopia de varredura por tunelamento (STM), sua resolução lateral é 0,1-0,2nm, e sua resolução de profundidade longitudinal é 0,01nm. Esta resolução permite a observação clara de átomos ou moléculas individuais distribuídas na superfície da amostra. Enquanto isso, a microscopia de varredura por sonda também pode ser usada para observação e pesquisa em ambientes aéreos, outros gases ou líquidos.
Os microscópios de sonda de varredura possuem características como resolução atômica, transporte atômico e nanofabricação. No entanto, devido aos diferentes princípios de funcionamento dos vários microscópios de varrimento, os resultados obtidos reflectem informações muito diferentes da superfície da amostra. O microscópio de tunelamento de varredura mede as informações de distribuição do estágio eletrônico na superfície da amostra, que possui resolução em nível atômico, mas ainda não consegue obter a verdadeira estrutura da amostra. E a microscopia atômica detecta as informações de interação entre os átomos, para que possa obter as informações do arranjo da distribuição atômica superficial da amostra, que é a verdadeira estrutura da amostra. Por outro lado, a microscopia de força atômica não pode medir informações de estado eletrônico que possam ser comparadas com a teoria, portanto ambas têm seus próprios pontos fortes e fracos.
