مفهوم / اصل / ساختار / ویژگی های میکروسکوپ کاوشگر اسکن
میکروسکوپ کاوشگر روبشی یک اصطلاح جمعی برای انواع جدید میکروسکوپ های پروبی است (میکروسکوپ نیروی اتمی، میکروسکوپ نیروی الکترواستاتیک، میکروسکوپ نیروی مغناطیسی، میکروسکوپ رسانایی یونی روبشی، میکروسکوپ الکتروشیمیایی روبشی، و غیره) که بر اساس میکروسکوپ تونلی روبشی توسعه یافته است. این یک ابزار تحلیل سطحی است که در سال های اخیر در سطح بین المللی توسعه یافته است.
اصل و ساختار میکروسکوپ پروب روبشی
اصل کار میکروسکوپ کاوشگر روبشی استفاده از برهمکنش بین کاوشگر و اتم‌های سطحی و مولکول‌های نمونه است، یعنی ایجاد میدان‌های فیزیکی مختلف برهمکنش زمانی که کاوشگر و سطح نمونه نزدیک به مقیاس نانو هستند. و برای به دست آوردن مورفولوژی سطح نمونه با تشخیص کمیت های فیزیکی مربوطه. میکروسکوپ کاوشگر روبشی از پنج بخش تشکیل شده است: یک کاوشگر، یک اسکنر، یک حسگر جابجایی، یک کنترل کننده، یک سیستم تشخیص و یک سیستم تصویر.
کنترل کننده نمونه را به صورت عمودی و افقی از طریق یک اسکنر حرکت می دهد تا فاصله (یا کمیت فیزیکی تعامل) بین پروب و نمونه را در یک مقدار ثابت ثابت کند. همزمان نمونه را در صفحه افقی xy حرکت دهید تا پروب سطح نمونه را در طول مسیر اسکن اسکن کند. میکروسکوپ کاوشگر روبشی سیگنال های کمیت فیزیکی مربوطه از برهمکنش بین پروب و نمونه را توسط سیستم تشخیص شناسایی می کند و در عین حال فاصله پایدار بین پروب و نمونه را حفظ می کند. در مورد کمیت های فیزیکی در حال تعامل پایدار، فاصله بین پروب و نمونه توسط یک سنسور جابجایی عمودی تشخیص داده می شود. سیستم تصویر پردازش تصویر را بر روی سطح نمونه بر اساس سیگنال تشخیص (یا فاصله بین پروب و نمونه) انجام می دهد.
با توجه به میدان های فیزیکی مختلف تعامل بین پروب و نمونه مورد استفاده، میکروسکوپ های پروب روبشی به سری های مختلف میکروسکوپ تقسیم می شوند. میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) دو نوع رایج از میکروسکوپ‌های پروب روبشی هستند. میکروسکوپ تونل زنی روبشی ساختار سطح نمونه را با اندازه گیری جریان تونل زنی بین پروب و نمونه مورد آزمایش تشخیص می دهد. میکروسکوپ نیروی اتمی سطح نمونه را با تشخیص تغییر شکل ریز کنسول ناشی از نیروی برهمکنش بین نوک سوزن و نمونه با استفاده از حسگر جابجایی فوتوالکتریک، که می‌تواند جذاب یا دافعه باشد، تشخیص می‌دهد.
ویژگی های میکروسکوپ پروب روبشی
میکروسکوپ کاوشگر روبشی سومین نوع میکروسکوپ است که علاوه بر میکروسکوپ یونی میدانی و میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح بالا، ساختار ماده را در مقیاس اتمی مشاهده می کند. با در نظر گرفتن میکروسکوپ تونل روبشی (STM) به عنوان مثال، وضوح جانبی آن 0 است.1-0.2nm، و وضوح عمق طولی آن 0.01nm است. این وضوح به مشاهده واضح اتم ها یا مولکول های منفرد روی سطح نمونه اجازه می دهد. در همین حال، میکروسکوپ کاوشگر روبشی نیز می تواند برای مشاهده و تحقیق در هوا، سایر محیط های گاز یا مایع استفاده شود.
میکروسکوپ های پروب روبشی دارای ویژگی هایی مانند وضوح اتمی، انتقال اتمی و ساخت نانو هستند. با این حال، با توجه به اصول کار متفاوت میکروسکوپ‌های روبشی مختلف، نتایجی که آنها به دست می‌آورند، اطلاعات سطحی بسیار متفاوتی از نمونه را نشان می‌دهند. میکروسکوپ تونل زنی روبشی اطلاعات توزیع مرحله الکترونی را روی سطح نمونه اندازه گیری می کند که وضوح سطح اتمی دارد اما هنوز نمی تواند ساختار واقعی نمونه را بدست آورد. و میکروسکوپ اتمی اطلاعات برهمکنش بین اتم ها را تشخیص می دهد، بنابراین می تواند اطلاعات آرایش توزیع اتمی سطح نمونه را که ساختار واقعی نمونه است به دست آورد. از طرف دیگر، میکروسکوپ نیروی اتمی نمی تواند اطلاعات حالت الکترونیکی را که می توان با تئوری مقایسه کرد، اندازه گیری کرد، بنابراین هر دو نقاط قوت و ضعف خاص خود را دارند.
