Concepto/Principio/Estructura/Características del microscopio de sonda de barrido
Microscopio de sonda de barrido es un término colectivo para varios tipos nuevos de microscopios de sonda (microscopio de fuerza atómica, microscopio de fuerza electrostática, microscopio de fuerza magnética, microscopio de conductividad iónica de barrido, microscopio electroquímico de barrido, etc.) desarrollados sobre la base del microscopio de efecto túnel. Es un instrumento de análisis de superficies desarrollado a nivel internacional en los últimos años.
El principio y la estructura de la microscopía de sonda de barrido.
El principio de funcionamiento básico de un 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, formar varios campos físicos de interacción cuando la sonda y la superficie de la muestra están cerca de la nanoescala. y obtener la morfología superficial de la muestra detectando las cantidades físicas correspondientes. El microscopio de sonda de barrido consta de cinco partes: una sonda, un escáner, un sensor de desplazamiento, un controlador, un sistema de detección y un sistema de imágenes.
El controlador mueve la muestra vertical y horizontalmente a través de un escáner para estabilizar la distancia (o cantidad física de interacción) entre la sonda y la muestra en un valor fijo; Mueva simultáneamente la muestra en el plano horizontal xy, de modo que la sonda explore la superficie de la muestra a lo largo de la ruta de escaneo. El microscopio de sonda de barrido detecta las señales de cantidades físicas relevantes de la interacción entre la sonda y la muestra mediante el sistema de detección mientras mantiene una distancia estable entre la sonda y la muestra; En el caso de cantidades físicas que interactúan establemente, la distancia entre la sonda y la muestra se detecta mediante un sensor de desplazamiento vertical. El sistema de imágenes realiza el procesamiento de imágenes en la superficie de la muestra en función de la señal de detección (o la distancia entre la sonda y la muestra).
Según los diferentes campos físicos de interacción entre la sonda y la muestra utilizada, los microscopios de sonda de barrido se dividen en diferentes series de microscopios. La microscopía de efecto túnel (STM) y la microscopía de fuerza atómica (AFM) son dos tipos de microscopios de sonda de barrido comúnmente utilizados. El microscopio de efecto túnel detecta la estructura de la superficie de una muestra midiendo la corriente de efecto túnel entre la sonda y la muestra que se está analizando. La microscopía de fuerza atómica detecta la superficie de una muestra detectando la deformación del micro voladizo causada por la fuerza de interacción entre la punta de la aguja y la muestra utilizando un sensor de desplazamiento fotoeléctrico, que puede ser atractivo o repulsivo.
Las características de la microscopía de sonda de barrido.
El microscopio de sonda de barrido es el tercer tipo de microscopio que observa la estructura de la materia a escala atómica, además de la microscopía iónica de campo y la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución. Tomando como ejemplo la microscopía de efecto túnel (STM), su resolución lateral es 0.1-0.2 nm y su resolución de profundidad longitudinal es 0.01 nm. Esta resolución permite una observación clara de átomos o moléculas individuales distribuidas en la superficie de la muestra. Mientras tanto, la microscopía de sonda de barrido también se puede utilizar para la observación y la investigación en entornos aéreos, gaseosos o líquidos.
Los microscopios de sonda de barrido tienen características como resolución atómica, transporte atómico y nanofabricación. Sin embargo, debido a los diferentes principios de funcionamiento de los distintos microscopios de barrido, los resultados que obtienen reflejan información de la superficie de la muestra muy diferente. El microscopio de efecto túnel mide la información de distribución de la etapa 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. Y la microscopía atómica detecta la información de interacción entre átomos, por lo que puede obtener la información de disposición de la distribución atómica de la superficie de la muestra, que es la verdadera estructura de la muestra. Por otro lado, la microscopía de fuerza atómica no puede medir información del estado electrónico que pueda compararse con la teoría, por lo que ambas tienen sus propias fortalezas y debilidades.
