Rastrovací sondový mikroskop Koncepce, princip, struktura a vlastnosti
Rastrovací sondový mikroskop je obecné označení pro různé nové sondové mikroskopy (mikroskop atomárních sil, mikroskop elektrostatických sil, mikroskop magnetických sil, rastrovací iontový vodivostní mikroskop, rastrovací elektrochemický mikroskop atd.) vyvinuté na bázi rastrovacího tunelového mikroskopu. Vyvinuté přístroje pro analýzu povrchu.
Princip a struktura rastrovacího sondového mikroskopu
Základním pracovním principem rastrovacího sondového mikroskopu je využití interakce mezi sondou a povrchovými atomy a molekulami vzorku, tedy fyzikálních polí různých interakcí vznikajících, když jsou sonda a povrch vzorku blízko nanoměřítku, a získané detekcí odpovídajících fyzikálních veličin Morfologie povrchu vzorku. Mikroskop se skenovací sondou se skládá hlavně z pěti částí: sonda, skener, senzor posunu, ovladač, detekční systém a obrazový systém.
Regulátor pohybuje vzorkem ve vertikálním směru skrz skener tak, aby vzdálenost mezi sondou a vzorkem (nebo fyzikální veličina interakce) byla stabilizována na pevné hodnotě; současně se vzorek posouvá v horizontální rovině xy tak, aby sonda sledovala skenování Dráha snímá povrch vzorku. V mikroskopii se skenovací sondou, když je vzdálenost mezi sondou a vzorkem stabilní, detekční systém detekuje relevantní signál fyzikální veličiny interakce mezi sondou a vzorkem; když je fyzikální veličina interakce stabilní, je detekována snímačem posunutí ve vertikálním směru Vzdálenost mezi sondou a vzorkem. Obrazový systém provádí zpracování obrazu, jako je zobrazování na povrchu vzorku podle detekčního signálu (nebo vzdálenosti mezi sondou a vzorkem).
Mikroskopy se skenovací sondou jsou rozděleny do různých řad mikroskopů podle různých fyzikálních polí interakce mezi sondou a vzorkem. Mezi nimi, rastrovací tunelový mikroskop (STM) a mikroskop s atomovou silou (AFM) jsou dva typy rastrovacích sondových mikroskopů, které se běžněji používají. Skenovací tunelový mikroskop detekuje povrchovou strukturu vzorku detekcí velikosti tunelového proudu mezi sondou a testovaným vzorkem. Mikroskop atomární síly detekuje povrch vzorku detekcí deformace mikrokonzoly způsobené interakční silou mezi špičkou a vzorkem (která může být přitažlivá nebo odpudivá) fotoelektrickým snímačem posunu.
Vlastnosti rastrovacích sondových mikroskopů
Rastrovací sondová mikroskopie je třetím mikroskopem pro pozorování struktury hmoty v atomárním měřítku po polní iontové mikroskopii a transmisní elektronové mikroskopii s vysokým rozlišením. Vezmeme-li jako příklad skenovací tunelový mikroskop (STM), jeho laterální rozlišení je 0.1~0.2nm a jeho vertikální hloubkové rozlišení je 0.01nm. Takové rozlišení může jasně pozorovat jednotlivé atomy nebo molekuly distribuované na povrchu vzorku. Mikroskop s rastrovací sondou může zároveň provádět pozorovací výzkum ve vzduchu, v jiných plynech nebo v kapalném prostředí.
Mikroskopy se skenovací sondou mají vlastnosti atomového rozlišení, atomového transportu a nano-mikrozpracování. Vzhledem k rozdílným principům práce různých rastrovacích mikroskopů v detailu jsou však informace na povrchu vzorku odrážené jimi získanými výsledky velmi odlišné. Rastrovací tunelová mikroskopie měří informace o distribuci elektronových stanic na povrchu vzorku, který má rozlišení na atomární úrovni, ale stále nemůže získat skutečnou strukturu vzorku. Atomový mikroskop zjišťuje interakční informace mezi atomy, lze tak získat informaci o uspořádání atomového rozložení na povrchu vzorku, tedy skutečnou strukturu vzorku. Ale na druhou stranu mikroskop atomové síly nemůže měřit elektronické stavové informace, které lze srovnat s teorií, takže oba mají své výhody a nevýhody.
