Szkennelő szondamikroszkópok
Mikroszkóp (ISS) (görög. # 956; # 953; # 954; # 961; # 972; # 962; - kicsi, kicsi és # 963; # 954; # 959; π # 941; # 969; - lásd) - tárgyak tanulmányozása mikroszkóppal, megfigyelés és felvétel a minta nagyított képeiről.
Történelmileg többféle mikroszkópos osztály létezik:
· Szkennelő szonda mikroszkópia;
A transzmissziós elektronmikroszkóp ötlete az elektromágneses referencia elektromágneses sugárzással történő felváltásával állt elő. Ismeretes, hogy nagyobb a felbontás a mikroszkóp segítségével elektromágneses sugárzás, az elektromágneses sugárzás szükséges, hogy csökkentse a hullámhosszt az ultraibolya tartományban legfeljebb az X-ray (hullám hossza összehasonlítható a atomközi távolságok a anyag), és a fő nehézség abban áll, amelynek keretében az ultraibolya és, különösen, X-sugarak.
A röntgensugarak és az anyag kölcsönhatásának sajátossága röntgensugaras optikai rendszereket különböztet meg az optikai rendszerektől a fény és az elektronsugarak számára. A röntgensugarak törésmutatójának kis eltérése az egységtől (kevesebb, mint 10 -4) lehetetlenné teszi a lencsék és prizmák használatát a fókuszálásra. E célból elektromos és mágneses lencsék is alkalmazhatók, mivel a röntgensugarak nem érinti az elektromos és mágneses mezőket. Ezért a röntgensugaras mikroszkópiában a teljes külső visszaverődés jelenségét hajlított tükör síkok vagy a kristályosított görbült síkok visszaverése révén használják az röntgensugarak fókuszálására. Tükröző röntgensugaras mikroszkópok épülnek erre az elvre.
penetráció a mikrokozmosz a tanulmány függ a képesség, hogy fontolja meg az összeget a nyomelemek a felbontás a mikroszkóp alatt. Leggyakrabban a mikroszkóp felbontása a különálló objektumok közötti minimális távolság.
Ha a nagyítás meghaladja a felbontást, amelynél a lehetséges felbontás érhető el, akkor a kép részletei határoznak a sugarak diffrakciója miatt. A minta képének további növekedése elveszti jelentését.
A optikai mikroszkópos jelenleg készül áttörés, mint amelynek eredményeként leküzdeni az alapvető Rayleigh kritériumot abban áll, hogy a minimális méret egy tárgy megkülönböztethető valamivel kisebb, mint a hullámhossza a használt fény és sugárzás alapvetően korlátozza diffrakciós. Ez volt az optikai mikroszkópos vizsgálat korlátja. Egészen a közelmúltig lehetetlen volt legyőzni a gátat, ami lehetővé teszi az olyan elemek közötti megkülönböztetést, amelyek az elemek közötti távolságtól egészen 0,20 μm-ig terjednek.
Mindazonáltal, kiemelkedő legújabb fejlesztése nanoscope optikai rendszer, optikai felbontása 10 nm expandált körű optikai mikroszkóppal -nanoskopii több tíz nanométer, míg 0,20 mikron, hogy 20-szor, hogy csökkentse a távolságot a különálló elemek. (Például a testünket alkotó fehérjemolekulák mérete 3-10 nm között változik).
Szkennelő szondamikroszkópok
Szkennelő szondamikroszkópok (SPM - szkennelő szonda mikroszkóp) - egy mikroszkóp-osztály a felületi kép és helyi jellemzőinek megszerzéséhez. A képalkotás folyamata a szonda átvizsgálásával történik. Általában lehetővé teszi, hogy egy nagy felbontású háromdimenziós képet kapjon a felszínről (topográfia). A modern formában lévő pásztázó szondamikroszkóp feltalálta (ezen eszközök osztályának alapelveit korábban más kutatók tették meg), Gerd Karl Binnig és Henry Rohrer 1981-ben. A találmányt 1986. évre elnyerték a fizika Nobel-díjának, amelyet megosztottak köztük és az E. Ruska transzmissziós elektronmikroszkóp feltalálójával. Az SPM megkülönböztető jellemzője:
· Mozgatása a szondát a minta rendszer a 2. (X-Y), vagy 3-m (X-Y-Z) koordináták,
A rögzítési rendszer rögzíti a függvény értékét, amely függ a szonda-minta távolságától. Általában a rögzített értéket negatív visszacsatolási rendszerrel dolgozzák fel, amely szabályozza a minta vagy a szonda pozícióját a koordináták egyikén (Z). Visszacsatolt rendszerként leggyakrabban a PID szabályozó.
A pásztázó szonda mikroszkópjai fő típusai:
· Szkennelési alagút mikroszkóp;
Near-field optikai mikroszkóp;
· Atomos erő mikroszkóp vizsgálata;
Jelenleg a legtöbb kutatólaboratóriumban a szondázó szondát és az elektronmikroszkópos vizsgálatot többféle fizikai és technikai tulajdonság miatt alkalmazzák.
Az SPM elve
A mintafelület szkennelő szonda mikroszkópjának munkája a szondával (konzolos, tűvel vagy optikai szondával). A felület és a szonda közötti kis távolságban a modern felvevőeszközök segítségével érzékelhetők az interakciós erők (repulzió, vonzerő és egyéb erők) és különböző hatások (például elektron-alagút) megnyilvánulása. A regisztrációhoz különféle típusú érzékelőket használnak, amelyek érzékenysége kis méretű kis perturbációkat tesz lehetővé. Teljes raszterkép készítéséhez használjon különböző X és Y szkennereket (pl. Piezo csövek, sík párhuzamos szkennerek).
A legfontosabb technikai nehézségek a szkennelő szonda mikroszkóp létrehozásában:
· A szonda csúcsának a vizsgált tárgyakhoz hasonló méretűnek kell lennie.
· A mechanikai stabilitás biztosítása (beleértve a hő- és rezgést) 0,1 Angstromnál (10-10) jobb szinten.
· Az érzékelőknek megbízhatóan fel kell jegyezniük az érzékelt paraméterek kis perturbációját.
· Precíziós vizsgálati rendszer létrehozása.
· Biztosítja a szonda sima megközelítését a felületre.
A pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) összehasonlítva a pásztázó mikroszkópnak számos előnye van. Tehát, ellentétben a SEM-el, amely a minta felszínének pszeudo-háromdimenziós képét adta, az SPM lehetővé teszi a felület valóban háromdimenziós megkönnyebbülését. Ezen túlmenően a pásztázó szondamikroszkóp lehetővé teszi a vezetőképes és a nem vezetőképes felületek képének kinyerését, míg a nem vezető objektumok SEM segítségével történő vizsgálatához szükséges a felület fémesítése. A SEM használatához vákuumra van szükség, míg a legtöbb SPM módot lég-, vákuum- és folyadékkutatásra tervezték. Ennek köszönhetően az SPM segítségével anyagokat és biológiai tárgyakat lehet tanulmányozni normál körülmények között. Például a biomakromolekulák és kölcsönhatásuk, élő sejtek tanulmányozása. Elvben az SPM képes nagyobb felbontást biztosítani, mint a SEM. Tehát kimutatták, hogy az SPM képes ultrahangos vákuum esetén rezgésmentes állapotban valós atomfelbontást biztosítani. Az ultrahigh-felbontású SPM felbontás összehasonlítható a transzmissziós elektronmikroszkóppal.
Az SPM hátrányára, ha összehasonlítjuk a SEM-el, a beolvasási mező kis méretét is tartalmaznia kell. A SEM képes több milliméteres felületre szkennelni az oldalirányú síkban, a függőleges síkban több milliméteres magasságkülönbséggel. Az SPM esetében a maximális magasságkülönbség néhány mikrométer, általában nem több, mint 25 mikron, és a maximális beolvasási mező legfeljebb 150 × 150 mikrométer. Egy másik probléma az, hogy a kép minőségét a szonda csúcsának görbületi sugara határozza meg, amely ha a szondát nem megfelelően választják ki vagy megsérülik, a keletkező képre reprodukálódik. Ugyanakkor az SPM mintáinak elkészítése kevesebb időt vesz igénybe, mint a SEM esetében.
A szkenner piezokerámiajának nemlinearitása, hiszterézise és eltolódása szintén az SPM-képek erős torzulásának okai. Ráadásul a torzulás egy része a lapolvasó X, Y, Z-manipulátorai közötti kölcsönös parazita kapcsolatoknak köszönhető. A torzítások valós idejű korrekciója érdekében a korszerű SPM-ek szoftvert (például funkcióorientált szkennelést) vagy szkennert használnak zárt nyomkövető rendszerekkel, amelyek lineáris helyzetérzékelőket tartalmaznak. Egyes SPM-ek az XY és a Z elemeket használják, egymással mechanikailag nem kapcsolódnak egymáshoz, a piezotube formátumú szkenner helyett, amely lehetővé teszi néhány parazita kötés kizárását. Bizonyos esetekben, például egy elektronmikroszkóppal vagy ultra-mikrohullámokkal kombinálva, konstruktívan indokolt a szkennerek piezo csöveken történő használata.
AFM. A teremtés története
Az atom-erő mikroszkóp (AFM) egy nagy felbontású szkennelő mikroszkóp. A felszíni megkönnyebbülés meghatározására használatos, tíz angstrom felbontással atomra.
Atomi erő mikroszkóp jött létre 1982-ben Gerd Binnig, Calvin Kueytom és Christopher Gerber az USA-ban, mint a módosítás a korábban kitalált skaniruyuscheo alagút mikroszkóp.
rugalmas karral (konzolos) meghatározására használt topográfiájának felületei nem vezető szervek, az eltérés a, amely viszont, határozza meg a változás a alagútáram mint egy pásztázó alagút mikroszkóp. Azonban egy ilyen eljárás, regisztráció változások a helyzetben a konzolos nem volt a legsikeresebb, mivel a STM lehet vizsgálni csak olyan anyagokat áramvezetésre, és két évvel később az optikai áramkör javasolták: a lézer sugárnyaláb külső felületére a konzolos, visszaverődik és beeső a fotodetektor. A konzolos eltérés kimutatásának módja a legmodernebb atomierő mikroszkópokban valósul meg.
Kezdetben az atom-erő mikroszkóp valójában profilométer volt, csak a tű görbületi sugara tíz angström nagyságrendű volt. Az oldalfelbontás javításának vágya dinamikus módszerek kifejlesztéséhez vezetett. A piezoelektron egy bizonyos frekvenciával és fázissal vibrál a konzolon. Amint a felület közeledik a konzolhoz, a frekvencia-tulajdonságokat megváltoztató erők kezdenek fellépni. Így a konzol frekvenciájának és fázisának megfigyelésével arra a következtetésre juthatunk, hogy a felszíni oldalon és következésképpen a megkönnyebbülésen ható erő megváltozik.
Az atomerőmikroszkópia továbbfejlesztése olyan módszerek kialakulásához vezetett, mint a mágneses erőmikroszkópia, a piezoelektromos válasz teljesítménymikroszkópiája és az elektroszenzoros mikroszkópia.
Az AFM működésének elve
Minőségi szempontból az AFM munkája a van der Waals-erők példájával magyarázható. Leggyakrabban két egymástól távol eső atomok közötti van der Waals interakció energiáját közelíti egy hatalmi funkció - a Lennard-Jones potenciál: