Concepto/Principio/Estructura/Características del microscopio de sonda de barrido
Microscopio de sonda de barrido es un término general para varios microscopios de sonda nuevos (microscopio de fuerza atómica, microscopio de fuerza electrostática, microscopio de fuerza magnética, microscopio de conductancia de iones de barrido, microscopio electroquímico de barrido, etc.) desarrollado sobre la base del microscopio de túnel de barrido. Instrumentos de análisis de superficie desarrollados.
Principio y estructura del microscopio de sonda de barrido
El principio de funcionamiento básico del microscopio de sonda de barrido es utilizar la interacción entre la sonda y los átomos y moléculas de la superficie de la muestra, es decir, los campos físicos de varias interacciones que se forman cuando la sonda y la superficie de la muestra están cerca de la nanoescala. y obtenido mediante la detección de las cantidades físicas correspondientes Morfología de la superficie de la muestra. El microscopio de sonda de barrido se compone principalmente de cinco partes: sonda, escáner, sensor de desplazamiento, controlador, sistema de detección y sistema de imagen.
El controlador mueve la muestra en dirección vertical a través del escáner para que la distancia entre la sonda y la muestra (o la cantidad física de interacción) se estabilice en un valor fijo; al mismo tiempo, la muestra se mueve en el plano horizontal xy para que la sonda siga la trayectoria de exploración La trayectoria explora la superficie de la muestra. En microscopía de sonda de barrido, cuando la distancia entre la sonda y la muestra es estable, el sistema de detección detecta la señal de cantidad física relevante de la interacción entre la sonda y la muestra; cuando la cantidad física de la interacción es estable, el sensor de desplazamiento la detecta a través de la dirección vertical La distancia entre la sonda y la muestra. El sistema de imágenes realiza el procesamiento de imágenes, como la formación de imágenes en la superficie de la muestra de acuerdo con la señal de detección (o la distancia entre la sonda y la muestra).
Los microscopios de sonda de barrido se dividen en diferentes series de microscopios según los diferentes campos físicos de interacción entre la sonda y la muestra. Entre ellos, el microscopio de túnel de barrido (STM) y el microscopio de fuerza atómica (AFM) son dos tipos de microscopios de sonda de barrido que se usan con más frecuencia. El microscopio de efecto túnel detecta la estructura de la superficie de la muestra al detectar el tamaño de la corriente del túnel entre la sonda y la muestra que se va a analizar. El microscopio de fuerza atómica detecta la superficie de la muestra detectando la deformación del microvoladizo causada por la fuerza de interacción entre la punta y la muestra (que puede ser atractiva o repulsiva) por un sensor de desplazamiento fotoeléctrico.
Características de los microscopios de sonda de barrido
La microscopía de sonda de barrido es el tercer microscopio para observar la estructura de la materia a escala atómica después de la microscopía de iones de campo y la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución. Tomando como ejemplo el microscopio de túnel de barrido (STM), su resolución lateral es 0.1~0.2nm, y su resolución de profundidad vertical es 0.01nm. Tal resolución puede observar claramente átomos individuales o moléculas distribuidas en la superficie de la muestra. Al mismo tiempo, el microscopio de sonda de barrido también puede realizar investigaciones de observación en ambientes de aire, otros gases o líquidos.
Los microscopios de sonda de barrido tienen las características de resolución atómica, transporte atómico y nanomicroprocesamiento. Sin embargo, debido a los diferentes principios de funcionamiento de varios microscopios de barrido en detalle, la información sobre la superficie de la muestra reflejada por los resultados obtenidos por ellos es muy diferente. La microscopía de túnel de barrido mide la información de distribución de las estaciones de electrones en la superficie de la muestra, que tiene una resolución de nivel atómico pero aún no puede obtener la verdadera estructura de la muestra. El microscopio atómico detecta la información de interacción entre los átomos, por lo que se puede obtener la información de disposición de la distribución atómica en la superficie de la muestra, es decir, la estructura real de la muestra. Pero, por otro lado, el microscopio de fuerza atómica no puede medir la información del estado electrónico que se puede comparar con la teoría, por lo que los dos tienen sus propias ventajas y desventajas.
