Έννοια/Αρχή/Δομή/Χαρακτηριστικά του μικροσκοπίου ανιχνευτή σάρωσης
Το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης είναι ένας συλλογικός όρος για διάφορους νέους τύπους μικροσκοπίων ανιχνευτών (μικροσκόπιο ατομικής δύναμης, μικροσκόπιο ηλεκτροστατικής δύναμης, μικροσκόπιο μαγνητικής δύναμης, μικροσκόπιο αγωγιμότητας ιόντων σάρωσης, ηλεκτροχημικό μικροσκόπιο σάρωσης, κ.λπ.) που αναπτύχθηκαν με βάση το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας. Είναι ένα όργανο ανάλυσης επιφάνειας που αναπτύχθηκε διεθνώς τα τελευταία χρόνια.
Η αρχή και η δομή της μικροσκοπίας ανιχνευτή σάρωσης
Η βασική αρχή λειτουργίας ενός μικροσκοπίου ανιχνευτή σάρωσης είναι να χρησιμοποιεί την αλληλεπίδραση μεταξύ του ανιχνευτή και των επιφανειακών ατόμων και μορίων του δείγματος, δηλαδή να σχηματίζει διάφορα φυσικά πεδία αλληλεπίδρασης όταν ο ανιχνευτής και η επιφάνεια του δείγματος είναι κοντά στη νανοκλίμακα. και να ληφθεί η επιφανειακή μορφολογία του δείγματος με την ανίχνευση αντίστοιχων φυσικών μεγεθών. Το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης αποτελείται από πέντε μέρη: έναν ανιχνευτή, έναν σαρωτή, έναν αισθητήρα μετατόπισης, έναν ελεγκτή, ένα σύστημα ανίχνευσης και ένα σύστημα εικόνας.
Ο ελεγκτής μετακινεί το δείγμα κατακόρυφα και οριζόντια μέσω ενός σαρωτή για να σταθεροποιήσει την απόσταση (ή τη φυσική ποσότητα αλληλεπίδρασης) μεταξύ του καθετήρα και του δείγματος σε μια σταθερή τιμή. Μετακινήστε ταυτόχρονα το δείγμα στο οριζόντιο επίπεδο xy, έτσι ώστε ο ανιχνευτής να σαρώσει την επιφάνεια του δείγματος κατά μήκος της διαδρομής σάρωσης. Το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης ανιχνεύει τα σχετικά σήματα φυσικής ποσότητας της αλληλεπίδρασης μεταξύ του καθετήρα και του δείγματος από το σύστημα ανίχνευσης, ενώ διατηρεί σταθερή απόσταση μεταξύ του καθετήρα και του δείγματος. Στην περίπτωση σταθερών φυσικών μεγεθών που αλληλεπιδρούν, η απόσταση μεταξύ του καθετήρα και του δείγματος ανιχνεύεται από έναν αισθητήρα κατακόρυφης μετατόπισης. Το σύστημα εικόνας εκτελεί επεξεργασία εικόνας στην επιφάνεια του δείγματος με βάση το σήμα ανίχνευσης (ή την απόσταση μεταξύ του καθετήρα και του δείγματος).
Σύμφωνα με τα διαφορετικά φυσικά πεδία αλληλεπίδρασης μεταξύ του ανιχνευτή και του χρησιμοποιούμενου δείγματος, τα μικροσκόπια ανιχνευτή σάρωσης χωρίζονται σε διαφορετικές σειρές μικροσκοπίων. Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) και το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM) είναι δύο κοινά χρησιμοποιούμενοι τύποι μικροσκοπίων ανιχνευτή σάρωσης. Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας ανιχνεύει τη δομή της επιφάνειας ενός δείγματος μετρώντας το ρεύμα σήραγγας μεταξύ του καθετήρα και του δείγματος που δοκιμάζεται. Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης ανιχνεύει την επιφάνεια ενός δείγματος ανιχνεύοντας την παραμόρφωση μικροπροβολέα που προκαλείται από τη δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ του άκρου της βελόνας και του δείγματος χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα φωτοηλεκτρικής μετατόπισης, ο οποίος μπορεί να είναι ελκυστικός ή απωθητικός.
Τα χαρακτηριστικά της μικροσκοπίας ανιχνευτή σάρωσης
Το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης είναι ο τρίτος τύπος μικροσκοπίου που παρατηρεί τη δομή της ύλης σε ατομική κλίμακα, εκτός από το μικροσκόπιο ιόντων πεδίου και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης υψηλής ευκρίνειας. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM), η πλευρική του ανάλυση είναι 0.1-0,2 nm και η ανάλυση του διαμήκους βάθους είναι 0,01 nm. Αυτή η ανάλυση επιτρέπει τη σαφή παρατήρηση μεμονωμένων ατόμων ή μορίων που κατανέμονται στην επιφάνεια του δείγματος. Εν τω μεταξύ, η μικροσκοπία ανιχνευτή σάρωσης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για παρατήρηση και έρευνα σε περιβάλλοντα αέρα, άλλων αερίων ή υγρών.
Τα μικροσκόπια ανιχνευτών σάρωσης έχουν χαρακτηριστικά όπως η ατομική ανάλυση, η ατομική μεταφορά και η νανοκατασκευή. Ωστόσο, λόγω των διαφορετικών αρχών λειτουργίας των διαφόρων μικροσκοπίων σάρωσης, τα αποτελέσματα που λαμβάνουν αντικατοπτρίζουν πολύ διαφορετικές πληροφορίες επιφάνειας του δείγματος. Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας μετρά τις πληροφορίες κατανομής του σταδίου ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του δείγματος, το οποίο έχει ανάλυση ατομικού επιπέδου, αλλά εξακολουθεί να μην μπορεί να λάβει την πραγματική δομή του δείγματος. Και το ατομικό μικροσκόπιο ανιχνεύει τις πληροφορίες αλληλεπίδρασης μεταξύ των ατόμων, ώστε να μπορεί να λάβει τις πληροφορίες διάταξης της επιφανειακής ατομικής κατανομής του δείγματος, που είναι η πραγματική δομή του δείγματος. Από την άλλη πλευρά, το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης δεν μπορεί να μετρήσει πληροφορίες ηλεκτρονικής κατάστασης που μπορούν να συγκριθούν με τη θεωρία, επομένως και οι δύο έχουν τα δικά τους δυνατά και αδύνατα σημεία.
