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Dos microscópios de tunelamento de varredura aos microscópios de força atômica: por que eles são tão poderosos?
A microscopia de varredura por sonda (SPM) é um ramo da microscopia que forma imagens por meio da varredura da superfície de uma amostra com uma sonda física. O SPM avançou rapidamente desde a invenção do microscópio de tunelamento de varredura em 1981, um instrumento capaz de gerar imagens de superfícies em nível atômico. Os experimentos bem-sucedidos de Gerd Binnig e Heinrich Rohrer marcaram o início deste campo, cuja chave era usar um circuito de feedback para regular a distância entre a amostra e a sonda.
Os microscópios de sonda de varredura usam atuadores piezoelétricos para fazer movimentos em escala atômica ou mais finos sob comando eletrônico, o que lhes permite adquirir dados de forma eficiente, geralmente na forma de uma grade bidimensional de dados, e então transmiti-los para um computador. As cores de a imagem é visualizada.A resolução da microscopia de varredura por sonda varia entre diferentes técnicas, mas algumas técnicas de sonda são capazes de atingir uma resolução atômica bastante impressionante.
Diferentes tipos de microscópios de sonda de varredura
No campo da SPM, existem muitas técnicas estabelecidas, como microscopia de força atômica (AFM), microscopia de força química (CFM), microscopia de tunelamento de varredura (STM) e muitas outras variantes. Essas tecnologias têm características próprias e podem ser selecionadas de acordo com diferentes requisitos de aplicação.
Os dados da microscopia de sonda de varredura são frequentemente exibidos como mapas de calor, que produzem a imagem final.
Tecnologia de formação de imagem
As imagens do microscópio de sonda de varredura geralmente são geradas usando tecnologia de varredura raster. A sonda é desenhada sobre a superfície da amostra e um valor específico é registrado em cada ponto de varredura. Os valores registrados durante este processo podem variar dependendo do modo de operação específico.
Diferenças entre modelos e tecnologias
Dois modos de operação comuns incluem o modo de interação constante e o modo de altura constante. No modo de interação constante, a distância entre a sonda e a amostra é ajustada por meio de um loop de feedback para manter uma interação estável. No modo de altura constante, o eixo z da sonda não se move, o que aumenta o risco de colisão entre a sonda e a amostra.
Projeto e características da sonda
O formato e o material da sonda SPM dependem da técnica específica usada, e o formato da ponta da sonda é fundamental para a resolução do microscópio. Quanto mais fina a sonda, maior a resolução e, para atingir a resolução atômica, a ponta da sonda deve ser um único átomo.
Vantagens e desvantagens da microscopia de sonda de varreduraDurante a geração de imagens de microscopia, a ponta da sonda pode não conseguir atingir a resolução esperada, o que pode ser causado por excesso de opacidade da sonda ou picos múltiplos.
A principal vantagem da microscopia de varredura por sonda é seu poder de resolução sem difração, mas essa característica também é sua limitação devido aos longos tempos de varredura necessários. As informações espaciais durante o processo de digitalização são incorporadas nas séries temporais, o que pode levar à incerteza de medição.
Microscopia de Fotocorrente de Varredura (SPCM)
Como membro dos microscópios de sonda de varredura, o SPCM usa um feixe de laser focalizado como uma fonte de excitação local para estudar as propriedades optoeletrônicas dos materiais. Essa tecnologia é particularmente importante para o estudo de nanoestruturas semicondutoras.
Por meio do SPCM, parâmetros-chave como comprimento característico de corrente, cinética de recombinação e concentração de dopagem podem ser analisados.
Software de visualização e análise de dados
Os dados gerados pela microscopia de sonda de varredura geralmente precisam ser analisados e apresentados usando software de visualização profissional. Há uma variedade de opções de software comerciais e gratuitos disponíveis no mercado que permitem aos usuários entender melhor os dados obtidos.
Os desenvolvimentos em microscópios de tunelamento de varredura e microscópios de força atômica continuam a impulsionar avanços na nanotecnologia, mas isso significa que enfrentaremos mais desafios no futuro?
