Co je skenovací sondový mikroskop?
Mikroskop skenovací sondy je některý z několika mikroskopů, které vytvářejí trojrozměrné povrchové obrazy ve velmi vysokých detailech, včetně atomové stupnice. V závislosti na použité mikroskopické technice mohou některé z těchto mikroskopů také měřit fyzikální vlastnosti materiálu, včetně elektrického proudu, vodivosti a magnetických polí. První skenovací sondový mikroskop, nazývaný skenovací tunelový mikroskop (STM), byl vynalezen na počátku 80. let. Vynálezci STM získali Nobelovu cenu za fyziku o několik let později. Od té doby bylo vynalezeno několik dalších technik založených na stejných základních principech.
Všechny mikroskopické techniky skenovací sondy zahrnují malé skenování povrchu materiálu s ostrým hrotem, protože data jsou ze skenování digitálně získána. Špička skenovací sondy musí být menší než vlastnosti na skenovaném povrchu, aby se vytvořil přesný obrázek. Tyto tipy musí být vyměněny každých pár dní. Obvykle se montují na konzoly a v mnoha technikách SPM se měří pohyb konzoly pro stanovení výšky povrchu.
Ve skenovací tunelové mikroskopii je mezi skenovací hrot a zobrazovaný povrch aplikován elektrický proud. Tento proud je udržován konstantní úpravou výšky špičky, čímž se vytváří topografický obraz povrchu. Alternativně může být výška špičky udržována konstantní, zatímco se měří měnící proud, aby se stanovila výška povrchu. Protože tato metoda používá elektrický proud, je použitelná pouze pro materiály, které jsou vodiče nebo polovodiče.
Několik typů rastrovacích mikroskopů spadá do kategorie mikroskopie atomových sil (AFM). Na rozdíl od skenovací tunelové mikroskopie lze AFM použít na všech typech materiálů, bez ohledu na jejich vodivost. Všechny typy AFM používají k vytvoření obrazu nepřímé měření síly mezi skenovací špičkou a povrchem. Toho se obvykle dosáhne měřením konzolové výchylky. Mezi různé typy mikroskopu atomové síly patří kontaktní AFM, bezkontaktní AFM a intermitentní kontaktní AFM. Několik úvah určuje, který typ atomové mikroskopie je pro konkrétní aplikaci nejlepší, včetně citlivosti materiálu a velikosti skenovaného vzorku.
Existuje několik variací na základních typech mikroskopie atomové síly. Mikroskopie s boční silou (LFM) měří točivou sílu na snímací špičce, což je užitečné pro mapování tření povrchu. Skenovací kapacitní mikroskopie se používá k měření kapacity vzorku při současném vytvoření topografického obrazu AFM. Mikroskopy s vodivou atomovou silou (C-AFM) používají vodivou špičku stejně jako STM, takže vytvářejí topografický obraz AFM a mapu elektrického proudu. Síla modulační mikroskopie (FMM) se používá k měření elastických vlastností materiálu.
K měření jiných vlastností, než je trojrozměrný povrch, existují i jiné techniky skenovací sondy. Mikroskopy elektrostatické síly (EFM) se používají k měření elektrického náboje na povrchu. Ty se někdy používají k testování čipů mikroprocesoru. Skenovací termická mikroskopie (SThM) shromažďuje data o tepelné vodivosti a mapuje topografii povrchu. Mikroskopy s magnetickou silou (MFM) měří magnetické pole na povrchu spolu s topografií.