Princip a struktura rastrovacího sondového mikroskopu
Základním pracovním principem mikroskopie s rastrovací sondou je využití interakce mezi sondou a povrchovými atomy a molekulami vzorku, tedy fyzikálních polí různých interakcí vzniklých, když jsou sonda a povrch vzorku blízko nanoměřítku, a získaná 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 se skenovací 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.
