Language
Country/Area
No result found
От сканирующих туннельных микроскопов до атомно-силовых микроскопов: почему они такие мощные?
Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) — это раздел микроскопии, в котором изображения формируются путем сканирования поверхности образца физическим зондом. С момента изобретения в 1981 году сканирующего туннельного микроскопа технология СЗМ стремительно развивалась — прибора, способного получать изображения поверхностей на атомном уровне. Успешные эксперименты Герда Биннига и Генриха Рорера положили начало этому направлению, суть которого заключалась в использовании петли обратной связи для регулирования расстояния между образцом и зондом.
Сканирующие зондовые микроскопы используют пьезоэлектрические приводы для выполнения атомных или более тонких движений под электронным управлением, что позволяет им эффективно получать данные, обычно в виде двумерной сетки данных, а затем передавать их на компьютер. Цвета изображение визуализируется.Разрешение сканирующей зондовой микроскопии различается в зависимости от метода, но некоторые зондовые методы способны достигать весьма впечатляющего атомного разрешения.
Различные типы сканирующих зондовых микроскопов
В области СЗМ существует множество устоявшихся методов, таких как атомно-силовая микроскопия (АСМ), химическая силовая микроскопия (ХСМ), сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) и многие другие варианты. Эти технологии имеют свои особенности и могут быть выбраны в соответствии с различными требованиями к применению.
Данные сканирующей зондовой микроскопии часто отображаются в виде тепловых карт, которые создают окончательное изображение.
Технология формирования изображения
Изображения сканирующего зондового микроскопа обычно формируются с использованием технологии растрового сканирования. Зонд перемещается по поверхности образца, и в каждой точке сканирования регистрируется определенное значение. Значения, регистрируемые в ходе этого процесса, могут различаться в зависимости от конкретного режима работы.
Различия между моделями и технологиями
Два распространенных режима работы включают режим постоянного взаимодействия и режим постоянной высоты. В режиме постоянного взаимодействия расстояние между зондом и образцом регулируется посредством контура обратной связи для поддержания стабильного взаимодействия. В режиме постоянной высоты ось z зонда не движется, что увеличивает риск столкновения зонда с образцом.
Конструкция и характеристики зонда
Форма и материал зонда СЗМ зависят от конкретной используемой технологии, а форма кончика зонда имеет решающее значение для разрешения микроскопа. Чем тоньше зонд, тем выше разрешение, а для достижения атомного разрешения кончик зонда должен представлять собой один атом.
Преимущества и недостатки сканирующей зондовой микроскопииВо время микроскопической визуализации кончик зонда может не обеспечивать ожидаемого разрешения, что может быть вызвано чрезмерной затупленностью зонда или наличием нескольких пиков.
Главным преимуществом сканирующей зондовой микроскопии является ее разрешающая способность без дифракции, однако эта особенность является и ее ограничением из-за длительного времени сканирования. Пространственная информация в процессе сканирования встроена во временной ряд, что может привести к неопределенности измерений.
Сканирующая фототоковая микроскопия (SPCM)
Как часть сканирующих зондовых микроскопов, SPCM использует сфокусированный лазерный луч в качестве локального источника возбуждения для изучения оптоэлектронных свойств материалов. Эта технология особенно важна для изучения полупроводниковых наноструктур.
С помощью SPCM можно анализировать ключевые параметры, такие как длина характеристики тока, кинетика рекомбинации и концентрация легирования.
Программное обеспечение для визуализации и анализа данных
Данные, полученные с помощью сканирующей зондовой микроскопии, часто необходимо анализировать и представлять с использованием профессионального программного обеспечения для визуализации. На рынке представлено множество коммерческих и бесплатных программных продуктов, которые позволяют пользователям лучше понимать полученные данные.
Разработки в области сканирующих туннельных микроскопов и атомно-силовых микроскопов продолжают стимулировать прогресс в области нанотехнологий, но означает ли это, что в будущем нас ждут новые проблемы?
