Terminas „nuskaitymo zondo mikroskopas“ apima daugybę mikroskopų ir susijusių matavimo metodų, kurie naudojami paviršių analizei. Taigi šios technikos patenka į paviršiaus ir sąsajų fiziką. Nuskaitymo zondo mikroskopai būdingi tuo, kad matavimo zondą perduoda per paviršių nedideliu atstumu.
Kas yra nuskaitymo zondo mikroskopas?
Terminas nuskaitymo zondo mikroskopas apima daugybę mikroskopų ir su jais susijusių matavimo metodų, kurie naudojami paviršių analizei. Skenuojantis zondo mikroskopas reiškia visų tipų mikroskopus, kuriuose vaizdas susidaro dėl sąveikos tarp zondo ir mėginio. Taigi šie metodai skiriasi tiek nuo optinės mikroskopijos, tiek nuo nuskaitymo elektronų mikroskopijos. Čia nenaudojami nei optiniai, nei elektronoptiniai lęšiai. Skenuojančio zondo mikroskopu mėginio paviršius skenuojamas po gabalėlį zondo pagalba. Tokiu būdu gaunamos išmatuotos kiekvieno taško vertės, kurios galiausiai sujungiamos ir gaunamas skaitmeninis vaizdas. Pirmą kartą nuskaitymo zondo metodą sukūrė ir pateikė Rohreris ir Binnigas 1981 m. Jis pagrįstas tunelio efektu, kuris atsiranda tarp metalinio antgalio ir laidaus paviršiaus. Šis efektas yra visų vėliau sukurtų skenavimo zondo mikroskopijos metodų pagrindas.
Formos, tipai ir stiliai
Yra keli skenuojančių zondo mikroskopų tipai, kurie pirmiausia skiriasi nuo zondo ir mėginio sąveikos. Pradinis taškas buvo nuskaitymo tunelinė mikroskopija, kuri pirmą kartą leido elektra laidžių paviršių atomo skiriamąją gebą vaizduoti 1982 m. Per ateinančius metus buvo sukurta daugybė kitų nuskaitymo zondo mikroskopijos metodų. Skenuojant tunelinę mikroskopiją, įtampa įtempiama tarp mėginio paviršiaus ir galiuko. Matuojama tunelio srovė tarp mėginio ir antgalio, ir jie neturi liesti vienas kito. 1984 m. Pirmą kartą buvo sukurta optinė artimojo lauko mikroskopija. Čia šviesa per mėginį siunčiama pradedant nuo zondo. Atominės jėgos mikroskope zondas nukreipiamas atominių jėgų pagalba. Paprastai naudojamos vadinamosios Van der Waalso jėgos. Zondo įlinkis rodo proporcingą jėgos santykį, kuris nustatomas pagal zondo spyruoklės konstantą. Atominės jėgos mikroskopija buvo sukurta 1986 m. Pradžioje atominės jėgos mikroskopai dirbo tunelio antgalio pagrindu, veikiančio kaip detektorius. Šis tunelio antgalis nustato faktinį atstumą tarp mėginio paviršiaus ir jutiklio. Ši technika naudoja tunelio įtampą, esančią tarp jutiklio galo ir aptikimo antgalio. Šiais laikais šią techniką iš esmės pakeitė aptikimo principas, kai aptikimas atliekamas naudojant lazerio spindulį, kuris veikia kaip šviesos rodyklė. Tai taip pat žinoma kaip lazerio jėgos mikroskopas. Be to, buvo sukurtas magnetinės jėgos mikroskopas, kuriame magnetinės jėgos tarp zondo ir mėginio yra pagrindas nustatant išmatuotas vertes. 1986 m. Taip pat buvo sukurtas nuskaitymo terminis mikroskopas, kuriame mažas jutiklis veikia kaip nuskaitymo zondas. Taip pat yra vadinamasis skenuojantis artimojo lauko optinis mikroskopas, kuriame zondo ir mėginio sąveika susideda iš kintančių bangų.
Struktūra ir veikimas
Iš esmės visų tipų skenuojančių zondų mikroskopai turi bendrą bruožą, kad jie nuskaito mėginio paviršių tinklelyje. Tai išnaudoja mikroskopo zondo ir mėginio paviršiaus sąveiką. Ši sąveika skiriasi priklausomai nuo nuskaitymo zondo mikroskopo tipo. Zondas yra didžiulis, palyginti su tiriamu pavyzdžiu, tačiau gali aptikti minutės paviršiaus ypatybes. Šiuo metu ypač aktualus yra pats atomas zondo gale. Naudojant nuskaitymo zondo mikroskopiją, galima skirti iki 10 pikometrų skiriamąją gebą. Palyginimui, atomų dydis yra 100 pikometrų diapazone. Šviesos mikroskopų tikslumą riboja šviesos bangos ilgis. Dėl šios priežasties naudojant tokio tipo mikroskopą galima skirti tik apie 200–300 nanometrų skiriamąją gebą. Tai atitinka maždaug pusę šviesos bangos ilgio. Todėl nuskaitymo elektroninis mikroskopas vietoj šviesos naudoja elektroninę spinduliuotę. Padidinus energiją, teoriškai galima savavališkai sutrumpinti bangos ilgį. Tačiau per trumpas bangos ilgis sunaikintų mėginį.
Medicinos ir sveikatos nauda
Naudojant nuskaitymo zondo mikroskopą, galima nuskaityti ne tik mėginio paviršių. Vietoj to, taip pat galima paimti atskirus atomus iš mėginio ir padėti juos atgal į iš anksto nustatytą vietą. Nuo devintojo dešimtmečio pradžios skenuojančio zondo mikroskopija buvo kuriama sparčiai. Naujos galimybės patobulinti daug mažiau nei vieno mikrometro skiriamąją gebą buvo pagrindinė sąlyga siekiant pažangos nanomoksluose ir nanotechnologijose. Šis pokytis įvyko ypač nuo 1980 m. Remiantis pagrindiniais zondo mikroskopijos nuskaitymo metodais, daugybė kitų submetodų šiais laikais yra suskirstyti. Jie naudoja skirtingus zondo antgalio ir mėginio paviršiaus sąveikos tipus. Taigi, skenuojantys zondo mikroskopai atlieka svarbų vaidmenį tokiose tyrimų srityse kaip nanochemija, nanobiologija, nanobiochemija ir nanomedicina. Skenuojantys zondo mikroskopai naudojami net kitoms planetoms, pavyzdžiui, Marsui, tyrinėti. Nuskaitymo zondo mikroskopuose naudojama speciali padėties nustatymo technika, pagrįsta vadinamuoju pjezoelektriniu efektu. Aparatas zondui išstumti valdomas iš kompiuterio ir leidžia tiksliai nustatyti padėtį. Tai leidžia kontroliuojamai nuskaityti mėginių paviršius ir surinkti matavimo rezultatus į nepaprastai didelės raiškos vaizdą.
