Language
Country/Area
No result found
Dai microscopi a scansione a effetto tunnel ai microscopi a forza atomica: perché sono così potenti?
La microscopia a sonda a scansione (SPM) è una branca della microscopia che forma immagini scansionando la superficie di un campione con una sonda fisica. La SPM ha fatto rapidi progressi dall'invenzione del microscopio a scansione a effetto tunnel nel 1981, uno strumento in grado di riprodurre immagini di superfici a livello atomico. Gli esperimenti di successo di Gerd Binnig e Heinrich Rohrer segnarono l'inizio di questo campo, la cui chiave era l'utilizzo di un ciclo di feedback per regolare la distanza tra campione e sonda.
I microscopi a sonda a scansione utilizzano attuatori piezoelettrici per effettuare movimenti su scala atomica o più fini sotto comando elettronico, il che consente loro di acquisire in modo efficiente i dati, solitamente sotto forma di una griglia bidimensionale di dati, e quindi di trasmetterli a un computer. I colori di l'immagine viene visualizzata.La risoluzione della microscopia a sonda a scansione varia a seconda delle diverse tecniche, ma alcune tecniche a sonda sono in grado di raggiungere una risoluzione atomica davvero impressionante.
Diversi tipi di microscopi a sonda a scansione
Nel campo della SPM esistono molte tecniche consolidate, come la microscopia a forza atomica (AFM), la microscopia a forza chimica (CFM), la microscopia a scansione a effetto tunnel (STM) e molte altre varianti. Queste tecnologie hanno caratteristiche proprie e possono essere selezionate in base alle diverse esigenze applicative.
I dati della microscopia a sonda a scansione vengono spesso visualizzati come mappe di calore, che producono l'immagine finale.
Tecnologia di formazione delle immagini
Le immagini del microscopio a sonda a scansione vengono solitamente generate utilizzando la tecnologia di scansione raster. La sonda viene fatta scorrere sulla superficie del campione e in ogni punto di scansione viene registrato un valore specifico. I valori registrati durante questo processo possono variare a seconda della specifica modalità operativa.
Differenze tra modelli e tecnologie
Due modalità operative comuni sono la modalità di interazione costante e la modalità di altezza costante. Nella modalità di interazione costante, la distanza tra la sonda e il campione viene regolata tramite un ciclo di feedback per mantenere un'interazione stabile. In modalità altezza costante, l'asse z della sonda non si muove, il che aumenta il rischio di collisione tra la sonda e il campione.
Progettazione e caratteristiche della sonda
La forma e il materiale della sonda SPM dipendono dalla tecnica specifica utilizzata; la forma della punta della sonda è fondamentale per la risoluzione del microscopio. Quanto più fine è la sonda, tanto più elevata è la risoluzione; per ottenere una risoluzione atomica, la punta della sonda deve essere costituita da un singolo atomo.
Vantaggi e svantaggi della microscopia a sonda a scansioneDurante l'acquisizione di immagini al microscopio, la punta della sonda potrebbe non essere in grado di raggiungere la risoluzione prevista, a causa di un'eccessiva smussatura della sonda o di picchi multipli.
Il vantaggio principale della microscopia a sonda a scansione è il suo potere di risoluzione privo di diffrazione, ma questa caratteristica rappresenta anche un limite, a causa dei lunghi tempi di scansione richiesti. Durante il processo di scansione, le informazioni spaziali sono incorporate nelle serie temporali, il che può comportare incertezza nella misurazione.
Microscopia fotocorrente a scansione (SPCM)
Come membro dei microscopi a sonda a scansione, SPCM utilizza un raggio laser focalizzato come sorgente di eccitazione locale per studiare le proprietà optoelettroniche dei materiali. Questa tecnologia è particolarmente importante per lo studio delle nanostrutture dei semiconduttori.
Tramite SPCM è possibile analizzare parametri chiave quali la lunghezza caratteristica della corrente, la cinetica di ricombinazione e la concentrazione di drogaggio.
Software di visualizzazione e analisi dei dati
I dati generati dalla microscopia a sonda a scansione devono spesso essere analizzati e presentati utilizzando un software di visualizzazione professionale. Sul mercato sono disponibili diverse soluzioni software, sia commerciali che gratuite, che consentono agli utenti di comprendere meglio i dati ottenuti.
Gli sviluppi nei microscopi a scansione a effetto tunnel e nei microscopi a forza atomica continuano a guidare i progressi della nanotecnologia, ma questo significa che in futuro dovremo affrontare nuove sfide?
