اصطلاح میکروسکوپ پروب روبشی طیف وسیعی از میکروسکوپ ها و تکنیک های اندازه گیری مرتبط را پوشش می دهد که برای تجزیه و تحلیل سطوح استفاده می شود. به همین ترتیب ، این تکنیک ها تحت فیزیک سطحی و سطحی قرار می گیرند. میکروسکوپ های پروب روبشی با عبور یک کاوشگر اندازه گیری از یک سطح در فاصله کمی مشخص می شوند.
میکروسکوپ کاوشگر اسکن چیست؟
اصطلاح میکروسکوپ پروب روبشی طیف وسیعی از میکروسکوپ ها و تکنیک های اندازه گیری مربوط به آنها را پوشش می دهد که برای تجزیه و تحلیل سطوح استفاده می شود. میکروسکوپ پروب روبشی به انواع میکروسکوپ ها گفته می شود که در آن عکس در نتیجه تعامل بین کاوشگر و نمونه شکل می گیرد. بنابراین ، این روش ها با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی متفاوت است. در اینجا از لنزهای نوری و الکترونی لنزها استفاده نمی شود. در میکروسکوپ پروب روبشی ، سطح نمونه با کمک پروب قطعه قطعه اسکن می شود. به این ترتیب مقادیر اندازه گیری شده برای هر نقطه جداگانه بدست می آید که در نهایت برای تولید یک تصویر دیجیتالی ترکیب می شوند. روش کاوشگر اسکن برای اولین بار توسط Rohrer و Binnig در سال 1981 تهیه و ارائه شد. این روش بر اساس اثر تونلی است که بین نوک فلزی و یک سطح رسانا رخ می دهد. این اثر پایه و اساس کلیه روشهای میکروسکوپ پروب اسکن است که بعداً توسعه یافته است.
اشکال ، انواع و سبک ها
انواع مختلفی از میکروسکوپ های کاوشگر اسکن کننده وجود دارد که اساساً در تعامل بین کاوشگر و نمونه متفاوت است. نقطه شروع اسکن میکروسکوپ تونل زنی بود که برای اولین بار تصویربرداری با وضوح اتمی از سطوح رسانای الکتریکی را در سال 1982 مجاز دانست. در میکروسکوپ تونلینگ روبشی ، ولتاژ بین سطح نمونه و نوک اعمال می شود. جریان تونل بین نمونه و نوک اندازه گیری می شود و آنها نباید یکدیگر را لمس کنند. در سال 1984 ، اولین بار میکروسکوپ نوری نزدیک میدان ساخته شد. در اینجا ، نور از طریق نمونه از یک کاوشگر ارسال می شود. در میکروسکوپ نیروی اتمی ، کاوشگر با استفاده از نیروهای اتمی منحرف می شود. به عنوان یک قاعده ، نیروهای به اصطلاح Van der Waals استفاده می شود. انحراف پروب رابطه ای متناسب با نیرو را نشان می دهد که با توجه به ثابت فنر پروب تعیین می شود. میکروسکوپ نیروی اتمی در سال 1986 ساخته شد. در آغاز ، میکروسکوپ های نیروی اتمی بر اساس نوک تونل به عنوان ردیاب کار می کردند. این نوک تونل فاصله واقعی بین سطح نمونه و سنسور را تعیین می کند. این روش از ولتاژ تونلی که بین پشت سنسور و نوک تشخیص وجود دارد استفاده می کند. در دوران مدرن ، این روش تا حد زیادی با اصل تشخیص جایگزین شده است ، جایی که تشخیص با استفاده از یک پرتو لیزر انجام می شود که به عنوان یک اشاره گر نور عمل می کند. این به عنوان میکروسکوپ نیروی لیزر نیز شناخته می شود. علاوه بر این ، میکروسکوپ نیروی مغناطیسی ساخته شد که در آن نیروهای مغناطیسی بین کاوشگر و نمونه به عنوان پایه ای برای تعیین مقادیر اندازه گیری شده عمل می کنند. در سال 1986 ، میکروسکوپ حرارتی روبشی نیز ساخته شد که در آن یک سنسور کوچک به عنوان یک کاوشگر اسکن عمل می کند. همچنین میکروسکوپ نوری نزدیک به میدان اسکن وجود دارد که در آن فعل و انفعال بین کاوشگر و نمونه از امواج evanescent تشکیل شده است.
ساختار و عملکرد
در اصل ، انواع میکروسکوپ های پروب روبشی مشترک هستند که سطح نمونه را در یک شبکه اسکن می کنند. این از تعامل بین پروب میکروسکوپ و سطح نمونه استفاده می کند. این تعامل بسته به نوع میکروسکوپ کاوشگر اسکن متفاوت است. این کاوشگر در مقایسه با نمونه مورد بررسی عظیم است ، در عین حال قادر به شناسایی جزئیات سطح نمونه است. از اهمیت ویژه ای در این مرحله مهمترین اتم در انتهای کاوشگر است. با استفاده از میکروسکوپ پروب روبشی ، رزولوشن حداکثر 10 پیکومتر امکان پذیر است. برای مقایسه ، اندازه اتم ها در محدوده 100 پیکومتر است. دقت میکروسکوپ های نوری با طول موج نور محدود می شود. به همین دلیل ، تنها تفکیک حدود 200 تا 300 نانومتر با این نوع میکروسکوپ امکان پذیر است. این مربوط به تقریباً نیمی از طول موج نور است. بنابراین ، یک میکروسکوپ الکترونی روبشی از تابش الکترون به جای نور استفاده می کند. با افزایش انرژی ، می توان طول موج را از نظر تئوری دلخواه کوتاه کرد. با این حال ، یک طول موج خیلی کوتاه نمونه را از بین می برد.
فواید پزشکی و بهداشتی
با استفاده از میکروسکوپ پروب روبشی ، امکان اسکن سطح نمونه وجود ندارد. در عوض ، همچنین می توان اتمهای منفرد را از نمونه انتخاب و دوباره در یک مکان از پیش تعیین شده قرار داد. از اوایل دهه 1980 ، توسعه میکروسکوپ کاوشگر اسکن به سرعت پیشرفت کرده است. امکانات جدید برای بهبود وضوح بسیار کمتر از یک میکرومتر ، یک پیش نیاز اصلی پیشرفت در علوم نانو و همچنین فناوری نانو است. این تحول به ویژه از دهه 1990 رخ داده است. بر اساس روشهای اساسی میکروسکوپ پروب اسکن ، امروزه تعداد زیادی از زیر روش های دیگر تقسیم می شوند. اینها از انواع مختلف تعامل بین نوک پروب و سطح نمونه استفاده می کنند. بنابراین ، میکروسکوپ های کاوشگر اسکن نقش اساسی در زمینه های تحقیقاتی مانند نانو شیمی ، نانوبیولوژی ، نانوبیوشیمی و نانو پزشکی دارند. از میکروسکوپ های کاوشگر روبشی حتی برای کاوش در سیارات دیگر مانند مریخ نیز استفاده می شود. میکروسکوپ های پروب روبشی از یک روش موقعیت یابی خاص بر اساس اصطلاحاً اثر پیزوالکتریک استفاده می کنند. دستگاه جابجایی پروب از طریق رایانه کنترل می شود و موقعیت یابی بسیار دقیق را امکان پذیر می کند. این اجازه می دهد تا سطح نمونه ها به روشی کنترل شده اسکن شده و نتایج اندازه گیری در یک تصویر با وضوح بسیار بالا جمع شود.
