Hvad er et scanning-sondemikroskop?
Et scanning-mikroskop er et hvilket som helst af flere mikroskoper, der producerer tredimensionelle overfladebilleder i meget høj detalje, herunder atomisk skala. Afhængig af den anvendte mikroskopiteknik, kan nogle af disse mikroskoper også måle et fysiske egenskaber af et materiale, herunder elektrisk strøm, ledningsevne og magnetiske felter. Det første scanning-mikroskop, kaldet et scanning tunnel microscope (STM), blev opfundet i de tidlige 1980'ere. Opfinderne af STM vandt Nobelprisen i fysik et par år senere. Siden den tid er flere andre teknikker, der bygger på de samme grundlæggende principper, blevet opfundet.
Alle mikroskopiteknikker til scanningprobe involverer en lille, skarp tip-scanning af overfladen af materialet, da data erhverves digitalt fra scanningen. Spidsen af scanningsonden skal være mindre end funktionerne på overfladen, der scannes, for at frembringe et nøjagtigt billede. Disse tip skal udskiftes med få dage. De er sædvanligvis monteret på cantilevers, og i mange SPM-teknikker måles cantileverens bevægelse for at bestemme overfladen.
Ved scanningstunnelmikroskopi påføres en elektrisk strøm mellem scanningsspidsen og overfladen, der afbildes. Denne strøm holdes konstant ved at justere spidshøjden og frembringe således et topografisk billede af overfladen. Alternativt kan spidsens højde holdes konstant, medens den skiftende strøm måles for at bestemme overfladen. Da denne metode bruger elektrisk strøm, er den kun anvendelig på materialer, der er ledere eller halvledere.
Flere typer scanningssondmikroskop falder ind under kategorien atomkraftmikroskopi (AFM). I modsætning til scanning af tunnelmikroskopi, kan AFM bruges på alle typer materialer, uanset deres ledningsevne. Alle typer AFM bruger en indirekte måling af kraften mellem scanningsspidsen og overfladen for at fremstille billedet. Dette opnås normalt gennem en måling af udkragningen af udkragning. De forskellige typer atomkraftmikroskop inkluderer kontakt AFM, ikke-kontakt AFM og intermitterende kontakt AFM. Flere overvejelser bestemmer, hvilken type atomkraftmikroskopi der er bedst til en bestemt anvendelse, herunder materialets følsomhed og størrelsen på prøven, der skal scannes.
Der er nogle få variationer på de grundlæggende typer af atomkraftmikroskopi. Lateral force microscopy (LFM) måler vridningskraften på scanningsspidsen, hvilket er nyttigt til at kortlægge overfladefriktion. Scanning af kapacitansmikroskopi bruges til at måle prøvens kapacitans, samtidig med at der produceres et AFM topografisk billede. Ledende atomkraftmikroskoper (C-AFM) bruger en ledende spids meget som STM gør, hvilket frembringer et AFM topografisk billede og et kort over den elektriske strøm. Kraftmoduleringsmikroskopi (FMM) bruges til at måle et materiales elastiske egenskaber.
Der findes også andre scanning-mikroskopteknikker til at måle andre egenskaber end den tredimensionelle overflade. Elektrostatisk kraftmikroskop (EFM) bruges til at måle den elektriske ladning på en overflade. Disse bruges undertiden til at teste mikroprocessorchips. Scanning af termisk mikroskopi (SThM) indsamler data om termisk konduktivitet samt kortlægning af topografien på overfladen. Magnetiske kraftmikroskoper (MFM) måler magnetfeltet på overfladen sammen med topografien.