Language
Country/Area
No result found
Era baru dalam mikroskopi: Bagaimana keajaiban ilmiah pencitraan skala atom tercapai?
Sejak munculnya mikroskop terowongan pemindaian (STM) pada tahun 1981, mikroskopi probe pemindaian (SPM) telah menjadi teknologi mutakhir untuk mempelajari struktur permukaan. Teknik ini pertama kali didemonstrasikan oleh Gerd Binnig dan Heinrich Rohrer, yang menggunakan loop umpan balik untuk mengontrol jarak antara probe dan sampel secara tepat, sehingga memungkinkan pencitraan skala atom. Dengan evolusi teknologi, SPM saat ini tidak hanya dapat memperoleh gambar struktur permukaan beresolusi tinggi, tetapi juga secara bersamaan mencitrakan beberapa interaksi fisik, yang memberi para ilmuwan perspektif baru untuk menjelajahi dunia mikroskopis.
Kunci dari mikroskopi probe pemindaian adalah penggunaan aktuator piezoelektrik untuk mengontrol gerakan yang tepat pada tingkat atom.
Keragaman mikroskopi pemindaian probe terletak pada banyaknya teknologi yang telah diturunkannya, termasuk mikroskopi gaya atom (AFM), mikroskopi gaya kimia (CFM), mikroskopi gaya elektrostatik (EFM), mikroskopi pemindaian terowongan (STM), dll. Setiap teknologi memiliki keunggulan dan area aplikasinya sendiri. Misalnya, AFM menggunakan gerakan kecil probe untuk mengukur gaya pada permukaan sampel, sehingga menghasilkan gambar topografi permukaan beresolusi tinggi.
Berbagai mode pemindaian seperti mode interaksi konstan dan mode ketinggian konstan memungkinkan para ilmuwan memperoleh informasi terperinci tentang sampel dengan berbagai cara.
Dalam mode interaksi konstan, probe mempertahankan interaksi konstan dengan permukaan sampel, dan data terukur diubah menjadi peta termal yang menunjukkan topografi permukaan sampel. Dalam mode ketinggian konstan, permukaan sampel dipindai tanpa menggerakkan probe. Meskipun mode ketinggian konstan dapat menghilangkan artefak yang disebabkan oleh umpan balik, pengoperasiannya relatif sulit dan memerlukan kontrol probe yang sangat tinggi.
Untuk mencapai resolusi tingkat atom, desain dan material probe juga penting. Biasanya, ujung probe harus sangat tajam agar probe ujung atom tunggal memberikan hasil pencitraan terbaik. Ini melibatkan tidak hanya teknologi pembuatan probe, tetapi juga pemahaman mendalam tentang pemilihan material.
Resolusi mikroskopi probe pemindaian saat ini dibatasi oleh volume interaksi probe-sampel, bukan batas difraksi.
Keuntungan mikroskopi probe pemindaian adalah tidak memerlukan lingkungan vakum untuk beroperasi, sehingga memungkinkan pengamatan dilakukan di udara atau cairan konvensional. Namun pada saat yang sama, teknologi ini juga menghadapi beberapa tantangan, seperti kecepatan akuisisi gambar yang lambat dan dampak bentuk probe tertentu pada data saat sampel mengalami perubahan ketinggian yang besar.
Teknik terkait lainnya adalah mikroskopi fotoarus pemindaian (SPCM), yang menggunakan sinar laser terfokus alih-alih probe untuk memungkinkan pengujian material yang diselesaikan secara spasial. Teknik ini sangat penting dalam industri optoelektronik karena memungkinkan analisis tentang bagaimana sifat optik suatu material bervariasi terhadap posisi.
SPCM mengeksitasi material semikonduktor melalui laser untuk menghasilkan fotoarus, dan memindai pada posisi yang berbeda untuk memperoleh peta sifat optoelektronik.
Peneliti yang menggunakan SPCM dapat menganalisis informasi seperti dinamika cacat material, panjang difusi pembawa minoritas, dan medan listrik, yang dapat membantu lebih meningkatkan sifat optik material.
Dengan kemajuan teknologi komputer, sistem SPM modern biasanya mengandalkan perangkat lunak visualisasi dan analisis canggih untuk menghasilkan gambar. Dalam proses ini, perangkat lunak rendering gambar menjadi sangat penting, dan berbagai paket perangkat lunak seperti Gwyddion dan SPIP digunakan secara luas dalam pemrosesan dan analisis data SPM.
Dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, cakupan aplikasi mikroskop probe pemindaian terus berkembang. Tidak hanya terbatas pada penelitian ilmu material dasar, tetapi juga digunakan secara luas dalam biologi, kimia, nanoteknologi, dan bidang lainnya. Teknologi ini memungkinkan para ilmuwan untuk menjelajahi dunia mikroskopis dari perspektif yang sama sekali baru dan mencapai pengamatan yang lebih tepat.
Dalam menjelajahi dunia mikroskopis yang tak berujung, kita baru saja mengupas lapisan tipis ilmu pengetahuan. Keajaiban apa yang tidak disadari akan terungkap di masa depan?
