O que é um microscópio com sonda de digitalização?
Um microscópio com sonda de varredura é um dos vários microscópios que produzem imagens de superfície tridimensionais com detalhes muito altos, incluindo escala atômica. Dependendo da técnica de microscopia usada, alguns desses microscópios também podem medir propriedades físicas de um material, incluindo corrente elétrica, condutividade e campos magnéticos. O primeiro microscópio de sonda de varredura, chamado microscópio de varredura de túnel (STM), foi inventado no início dos anos 80. Os inventores do STM ganharam o prêmio Nobel de física alguns anos depois. Desde aquela época, várias outras técnicas, baseadas nos mesmos princípios básicos, foram inventadas.
Todas as técnicas de microscopia da sonda de varredura envolvem uma varredura pequena e com ponta afiada da superfície do material, pois os dados são adquiridos digitalmente da varredura. A ponta da sonda de digitalização deve ser menor que os recursos na superfície que está sendo digitalizada, para produzir uma imagem precisa. Essas dicas devem ser substituídas a cada poucos dias. Eles geralmente são montados em cantilevers e, em muitas técnicas de SPM, o movimento do cantilever é medido para determinar a altura da superfície.
Na microscopia de túnel de varredura, uma corrente elétrica é aplicada entre a ponta de varredura e a superfície que está sendo visualizada. Essa corrente é mantida constante, ajustando a altura da ponta, gerando uma imagem topográfica da superfície. Alternativamente, a altura da ponta pode ser mantida constante enquanto a corrente variável é medida para determinar a altura da superfície. Como esse método usa corrente elétrica, é aplicável apenas a materiais que são condutores ou semicondutores.
Vários tipos de microscópio com sonda de varredura se enquadram na categoria de microscopia de força atômica (AFM). Diferentemente da microscopia de varredura de túneis, o AFM pode ser usado em todos os tipos de materiais, independentemente de sua condutividade. Todos os tipos de AFM usam alguma medida indireta da força entre a ponta de digitalização e a superfície para produzir a imagem. Isso geralmente é alcançado através da medição da deflexão do cantilever. Os vários tipos de microscópio de força atômica incluem AFM de contato, AFM sem contato e AFM de contato intermitente. Várias considerações determinam qual tipo de microscopia de força atômica é melhor para uma aplicação específica, incluindo a sensibilidade do material e o tamanho da amostra a ser digitalizada.
Existem algumas variações nos tipos básicos de microscopia de força atômica. A microscopia de força lateral (LFM) mede a força de torção na ponta de varredura, útil para mapear o atrito da superfície. A microscopia de capacitância de varredura é usada para medir a capacitância da amostra enquanto produz simultaneamente uma imagem topográfica AFM. Os microscópios de força atômica condutiva (C-AFM) usam uma ponta condutora da mesma forma que o STM, produzindo uma imagem topográfica do AFM e um mapa da corrente elétrica. A microscopia de modulação de força (FMM) é usada para medir as propriedades elásticas de um material.
Outras técnicas de microscópio de varredura também existem para medir propriedades diferentes da superfície tridimensional. Microscópios de força eletrostática (EFM) são usados para medir a carga elétrica em uma superfície. Às vezes, eles são usados para testar chips de microprocessador. A microscopia térmica de varredura (SThM) coleta dados sobre condutividade térmica, além de mapear a topografia da superfície. Os microscópios de força magnética (MFM) medem o campo magnético na superfície junto com a topografia.