Αρχή και δομή του μικροσκοπίου ανιχνευτή σάρωσης
Η βασική αρχή λειτουργίας της μικροσκοπίας ανιχνευτή σάρωσης είναι η χρήση της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ανιχνευτή και των επιφανειακών ατόμων και μορίων του δείγματος, δηλαδή τα φυσικά πεδία διαφόρων αλληλεπιδράσεων που σχηματίζονται όταν ο ανιχνευτής και η επιφάνεια του δείγματος είναι κοντά στη νανοκλίμακα, και που λαμβάνεται με την ανίχνευση των αντίστοιχων φυσικών μεγεθών Μορφολογία επιφάνειας δείγματος. Το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης αποτελείται κυρίως από πέντε μέρη: ανιχνευτής, σαρωτής, αισθητήρας μετατόπισης, ελεγκτής, σύστημα ανίχνευσης και σύστημα εικόνας.
Ο ελεγκτής μετακινεί το δείγμα στην κατακόρυφη κατεύθυνση μέσω του σαρωτή, έτσι ώστε η απόσταση μεταξύ του καθετήρα και του δείγματος (ή η φυσική ποσότητα αλληλεπίδρασης) να σταθεροποιείται σε μια σταθερή τιμή. Ταυτόχρονα, το δείγμα μετακινείται στο οριζόντιο επίπεδο xy έτσι ώστε ο ανιχνευτής να ακολουθεί τη σάρωση Η διαδρομή σαρώνει την επιφάνεια του δείγματος. Στη μικροσκοπία ανιχνευτή σάρωσης, όταν η απόσταση μεταξύ του ανιχνευτή και του δείγματος είναι σταθερή, το σύστημα ανίχνευσης ανιχνεύει το σχετικό φυσικό μέγεθος σήματος της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ανιχνευτή και του δείγματος. όταν η φυσική ποσότητα της αλληλεπίδρασης είναι σταθερή, ανιχνεύεται από τον αισθητήρα μετατόπισης μέσω της κατακόρυφης κατεύθυνσης Η απόσταση μεταξύ του καθετήρα και του δείγματος. Το σύστημα εικόνας εκτελεί επεξεργασία εικόνας όπως απεικόνιση στην επιφάνεια του δείγματος σύμφωνα με το σήμα ανίχνευσης (ή την απόσταση μεταξύ του καθετήρα και του δείγματος).
Τα μικροσκόπια ανιχνευτή σάρωσης χωρίζονται σε διαφορετικές σειρές μικροσκοπίων ανάλογα με τα διαφορετικά φυσικά πεδία της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ανιχνευτή και του δείγματος. Μεταξύ αυτών, το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) και το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM) είναι δύο τύποι μικροσκοπίων ανιχνευτή σάρωσης που χρησιμοποιούνται πιο συχνά. Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας ανιχνεύει τη δομή της επιφάνειας του δείγματος ανιχνεύοντας το μέγεθος του ρεύματος της σήραγγας μεταξύ του ανιχνευτή και του δείγματος που θα δοκιμαστεί. Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης ανιχνεύει την επιφάνεια του δείγματος ανιχνεύοντας την παραμόρφωση του μικροπροβολέα που προκαλείται από τη δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ του άκρου και του δείγματος (η οποία μπορεί να είναι ελκυστική ή απωθητική) από έναν αισθητήρα φωτοηλεκτρικής μετατόπισης.
Χαρακτηριστικά των μικροσκοπίων ανιχνευτή σάρωσης
Το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης είναι το τρίτο μικροσκόπιο για την παρατήρηση της δομής της ύλης σε ατομική κλίμακα μετά τη μικροσκοπία ιόντων πεδίου και την ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης υψηλής ευκρίνειας. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM), η πλευρική του ανάλυση είναι 0.1~0.2 nm και η κατακόρυφη ανάλυση βάθους είναι 0.01 nm. Μια τέτοια ανάλυση μπορεί να παρατηρήσει ξεκάθαρα μεμονωμένα άτομα ή μόρια κατανεμημένα στην επιφάνεια του δείγματος. Ταυτόχρονα, το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης μπορεί επίσης να διεξάγει έρευνα παρατήρησης σε περιβάλλοντα αέρα, άλλα αέρια ή υγρά.
Τα μικροσκόπια ανιχνευτών σάρωσης έχουν τα χαρακτηριστικά της ατομικής ανάλυσης, της ατομικής μεταφοράς και της νανομικροεπεξεργασίας. Ωστόσο, λόγω των διαφορετικών αρχών λειτουργίας των διαφόρων μικροσκοπίων σάρωσης λεπτομερώς, οι πληροφορίες στην επιφάνεια του δείγματος που αντανακλώνται από τα αποτελέσματα που λαμβάνονται από αυτά είναι πολύ διαφορετικές. Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας μετρά τις πληροφορίες κατανομής των σταθμών ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του δείγματος, το οποίο έχει ανάλυση ατομικού επιπέδου, αλλά εξακολουθεί να μην μπορεί να λάβει την πραγματική δομή του δείγματος. Το ατομικό μικροσκόπιο ανιχνεύει τις πληροφορίες αλληλεπίδρασης μεταξύ των ατόμων, επομένως μπορούν να ληφθούν οι πληροφορίες διάταξης της ατομικής κατανομής στην επιφάνεια του δείγματος, δηλαδή η πραγματική δομή του δείγματος. Αλλά από την άλλη πλευρά, το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης δεν μπορεί να μετρήσει τις πληροφορίες ηλεκτρονικής κατάστασης που μπορούν να συγκριθούν με τη θεωρία, επομένως και τα δύο έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.
