Introducción al principio y la estructura del microscopio de sonda de barrido
Principio y estructura del microscopio de sonda de barrido.
El principio de funcionamiento básico de un microscopio de sonda de barrido es utilizar las interacciones entre la sonda y las moléculas atómicas en la superficie de la muestra, es decir, los campos físicos formados por diversas interacciones cuando la sonda y la superficie de la muestra se acercan a la nanoescala, y obtener la morfología de la superficie de la muestra detectando las cantidades físicas correspondientes. El microscopio de sonda de barrido consta de cinco partes: sonda, escáner, sensor de desplazamiento, controlador, sistema de detección y sistema de imágenes.
El controlador utiliza un escáner para mover la muestra en dirección vertical 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 x-y para 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 en el sistema de detección, mientras mantiene una distancia estable entre la sonda y la muestra; En caso de interacción estable de cantidades físicas, la distancia entre la sonda y la muestra se detecta mediante un sensor de desplazamiento en dirección 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).
Los microscopios de sonda de barrido se dividen en diferentes series de microscopios según los diferentes campos físicos de interacción entre las sondas utilizadas y la muestra. El microscopio de efecto túnel (STM) y el microscopio 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 magnitud de la corriente de efecto túnel entre la sonda y la muestra que se está analizando. La microscopía de fuerza atómica utiliza un sensor de desplazamiento fotoeléctrico para detectar la deformación del micro voladizo causada por la fuerza de interacción entre la punta de la aguja y la muestra (que puede ser atractiva o repulsiva) para detectar la superficie de la muestra.
Características de la microscopía de sonda de barrido
El microscopio de sonda de barrido es el tercer tipo de microscopio que observa estructuras materiales a escala atómica, después de la microscopía iónica de campo y la microscopía electrónica de transmisión de alta-resolución. Tomando como ejemplo el microscopio de efecto túnel (STM), su resolución lateral es de 0,1 ~ 0,2 nm y su resolución de profundidad longitudinal es de 0,01 nm. Esta resolución permite observar claramente átomos o moléculas individuales distribuidas en la superficie de la muestra. Mientras tanto, los microscopios de sonda de barrido también se pueden utilizar para observación e investigación en aire, otros gases o entornos líquidos.
