Language
Country/Area
No result found
Từ kính hiển vi quét đường hầm đến kính hiển vi lực nguyên tử: Tại sao chúng lại mạnh mẽ như vậy?
Kính hiển vi quét đầu dò (SPM) là một nhánh của kính hiển vi tạo ra hình ảnh bằng cách quét bề mặt mẫu bằng đầu dò vật lý. SPM đã phát triển nhanh chóng kể từ khi phát minh ra kính hiển vi quét đường hầm vào năm 1981, một thiết bị có khả năng chụp ảnh bề mặt ở cấp độ nguyên tử. Các thí nghiệm thành công của Gerd Binnig và Heinrich Rohrer đã đánh dấu sự khởi đầu của lĩnh vực này, chìa khóa là sử dụng vòng phản hồi để điều chỉnh khoảng cách giữa mẫu và đầu dò.
Kính hiển vi thăm dò quét sử dụng bộ truyền động áp điện để tạo ra các chuyển động ở quy mô nguyên tử hoặc nhỏ hơn theo lệnh điện tử, cho phép chúng thu thập dữ liệu hiệu quả, thường ở dạng lưới dữ liệu hai chiều, sau đó truyền dữ liệu đó đến máy tính. Màu sắc của hình ảnh được trực quan hóa.Độ phân giải của kính hiển vi quét thăm dò khác nhau tùy theo các kỹ thuật khác nhau, nhưng một số kỹ thuật thăm dò có khả năng đạt được độ phân giải nguyên tử khá ấn tượng.
Các loại kính hiển vi quét thăm dò khác nhau
Trong lĩnh vực SPM, có nhiều kỹ thuật đã được xác lập, chẳng hạn như kính hiển vi lực nguyên tử (AFM), kính hiển vi lực hóa học (CFM), kính hiển vi quét đường hầm (STM) và nhiều biến thể khác. Các công nghệ này có những đặc điểm riêng và có thể được lựa chọn theo các yêu cầu ứng dụng khác nhau.
Dữ liệu kính hiển vi quét đầu dò thường được hiển thị dưới dạng bản đồ nhiệt, tạo ra hình ảnh cuối cùng.
Công nghệ hình thành hình ảnh
Hình ảnh kính hiển vi quét đầu dò thường được tạo ra bằng công nghệ quét raster. Đầu dò được kéo qua bề mặt mẫu và ghi lại giá trị cụ thể tại mỗi điểm quét. Các giá trị được ghi lại trong quá trình này có thể thay đổi tùy thuộc vào chế độ vận hành cụ thể.
Sự khác biệt giữa các mô hình và công nghệ
Hai chế độ hoạt động phổ biến bao gồm chế độ tương tác không đổi và chế độ chiều cao không đổi. Ở chế độ tương tác liên tục, khoảng cách giữa đầu dò và mẫu được điều chỉnh thông qua vòng phản hồi để duy trì tương tác ổn định. Ở chế độ chiều cao không đổi, trục z của đầu dò không di chuyển, làm tăng nguy cơ va chạm giữa đầu dò và mẫu.
Thiết kế và đặc điểm của đầu dò
Hình dạng và vật liệu của đầu dò SPM phụ thuộc vào kỹ thuật cụ thể được sử dụng và hình dạng của đầu dò rất quan trọng đối với độ phân giải của kính hiển vi. Đầu dò càng mịn thì độ phân giải càng cao và để đạt được độ phân giải nguyên tử, đầu dò phải là một nguyên tử đơn.
Ưu điểm và nhược điểm của kính hiển vi quét đầu dòTrong quá trình chụp ảnh bằng kính hiển vi, đầu dò có thể không đạt được độ phân giải mong muốn, nguyên nhân có thể là do đầu dò quá cùn hoặc có nhiều đỉnh.
Ưu điểm chính của kính hiển vi quét thăm dò là khả năng phân giải không nhiễu xạ, nhưng đặc điểm này cũng là hạn chế của nó do thời gian quét dài. Thông tin không gian trong quá trình quét được nhúng vào chuỗi thời gian, điều này có thể dẫn đến sự không chắc chắn khi đo lường.
Kính hiển vi quang điện quét (SPCM)
Là một thành viên của kính hiển vi quét thăm dò, SPCM sử dụng chùm tia laser hội tụ làm nguồn kích thích cục bộ để nghiên cứu các tính chất quang điện tử của vật liệu. Công nghệ này đặc biệt quan trọng đối với việc nghiên cứu cấu trúc nano bán dẫn.
Thông qua SPCM, các thông số chính như chiều dài đặc trưng dòng điện, động học tái hợp và nồng độ pha tạp có thể được phân tích.
Phần mềm phân tích và trực quan hóa dữ liệu
Dữ liệu được tạo ra bởi kính hiển vi quét thăm dò thường cần được phân tích và trình bày bằng phần mềm trực quan chuyên nghiệp. Có nhiều lựa chọn phần mềm thương mại và miễn phí trên thị trường cho phép người dùng hiểu rõ hơn về dữ liệu thu được.
Sự phát triển của kính hiển vi quét đường hầm và kính hiển vi lực nguyên tử tiếp tục thúc đẩy những tiến bộ trong công nghệ nano, nhưng liệu điều này có nghĩa là chúng ta sẽ phải đối mặt với nhiều thách thức hơn trong tương lai?
