Language
Country/Area
No result found
عصر جديد في المجهر: كيف تتحقق المعجزة العلمية في التصوير على المستوى الذري؟
منذ ظهور المجهر النفقي الماسح (STM) في عام 1981، أصبح الفحص المجهري الماسح (SPM) تقنية متطورة لدراسة الهياكل السطحية. نشأ التطبيق الأول لهذه التقنية من جهود جيرد بينيج وهاينريش روهرر، اللذين استخدما حلقات التغذية المرتدة للتحكم بدقة في المسافة بين المسبار والعينة، وبالتالي تحقيق التصوير على المستوى الذري. مع تطور التكنولوجيا، أصبح SPM الآن غير قادر على الحصول على صور عالية الدقة للهياكل السطحية فحسب، بل يمكنه أيضًا تصوير تفاعلات فيزيائية متعددة في نفس الوقت، مما يوفر للعلماء منظورًا جديدًا لاستكشاف العالم المجهري.
إن مفتاح المسح المجهري للمسبار هو استخدام المحركات الكهرضغطية للتحكم الدقيق في الحركة على المستوى الذري.
يكمن تنوع الفحص المجهري للمسبار الماسح في التقنيات المختلفة المشتقة منه، بما في ذلك مجهر القوة الذرية (AFM)، ومجهر القوة الكيميائية (CFM)، ومجهر القوة الكهروستاتيكية (EFM)، والمجهر النفقي الماسح (STM)، وما إلى ذلك. كل تقنية لها مزاياها الفريدة ومجالات التطبيق. على سبيل المثال، يستخدم AFM حركات صغيرة للمسبار لقياس القوى على سطح العينة، مما يشكل صورة عالية الدقة لتضاريس السطح.
تسمح أوضاع المسح المختلفة، مثل وضع التفاعل المستمر ووضع الارتفاع الثابت، للعلماء بالحصول على معلومات مفصلة حول عيناتهم بطرق مختلفة.
في وضع التفاعل المستمر، يحافظ المسبار بشكل مستمر على تفاعل مستقر مع سطح العينة، ويتم تحويل البيانات المقاسة إلى خريطة حرارية، والتي تعرض تضاريس سطح العينة. في وضع الارتفاع الثابت، يتم مسح سطح العينة دون تحريك المسبار. على الرغم من أن وضع الارتفاع الثابت يمكن أن يزيل الشوائب الناتجة عن ردود الفعل، إلا أن تشغيله صعب نسبيًا ويتطلب تحكمًا عاليًا للغاية في المسبار.
من أجل تحقيق دقة المستوى الذري، يعد تصميم المسبار ومواده أمرًا بالغ الأهمية أيضًا. عادةً، يجب أن يكون طرف المسبار حادًا جدًا، ويمكن أن توفر المسابير ذات الأطراف أحادية الذرة أفضل نتائج التصوير. ولا يتضمن ذلك تكنولوجيا تصنيع المسبار فحسب، بل يتضمن أيضًا فهمًا متعمقًا لاختيار المواد.
تقتصر دقة الفحص المجهري لمسبار المسح الحالي على حجم تفاعل عينة المسبار، وليس بسبب قيود الحيود.
تتمثل ميزة مجهر مسبار المسح في أنه لا يتطلب التشغيل في بيئة مفرغة، مما يسمح بإجراء الملاحظات في الهواء أو السوائل التقليدية. لكن في الوقت نفسه، تواجه هذه التقنية أيضًا بعض التحديات، مثل بطء سرعة الحصول على الصور وتأثير الشكل المحدد للمسبار على البيانات عندما تكون هناك تغيرات كبيرة في الارتفاع في العينة.
هناك تقنية أخرى ذات صلة وهي المسح المجهري الضوئي (SPCM)، والذي يستخدم شعاع ليزر مركّزًا بدلاً من المسبار لتمكين اختبار المواد من الناحية المكانية. هذه التقنية مهمة بشكل خاص في صناعة الإلكترونيات الضوئية لأنها تمكن من تحليل التغيرات في الخصائص البصرية للمواد كدالة للموضع.
يقوم SPCM بإثارة المواد شبه الموصلة بالليزر، ويولد تيارًا ضوئيًا، ويقوم بالمسح في مواضع مختلفة للحصول على خرائط الخصائص الكهروضوئية.
يمكن للباحثين الذين يستخدمون SPCM تحليل معلومات مثل ديناميكيات عيوب المواد، وطول انتشار الموجة الحاملة الصغيرة، والمجال الكهربائي، مما يمكن أن يساعد في تحسين الخصائص البصرية للمادة.
مع تقدم تكنولوجيا الكمبيوتر، غالبًا ما تعتمد أنظمة SPM الحديثة على برامج التصور والتحليل المتقدمة لإنشاء الصور. في هذه العملية، أصبحت برامج عرض الصور ضرورية، وتستخدم حزم البرامج المختلفة مثل Gwyddion وSPIP على نطاق واسع في معالجة وتحليل بيانات SPM.
مع التقدم التكنولوجي المستمر، يستمر نطاق تطبيق مجاهر المسح الضوئي في التوسع، ولا يقتصر على أبحاث علوم المواد الأساسية فحسب، بل يستخدم أيضًا على نطاق واسع في علم الأحياء والكيمياء وتكنولوجيا النانو وغيرها من المجالات. تتيح هذه التقنيات للعلماء استكشاف العالم المجهري من منظور جديد وتحقيق ملاحظات أكثر دقة.
في استكشاف العالم المجهري الذي لا نهاية له، فإننا نقوم فقط بتقشير قشرة رقيقة من العلم، ما هي المعجزات التي لم يلاحظها أحد والتي سيتم الكشف عنها في المستقبل؟
