Saskaņā ar terminu Skenējošās zondes mikroskops Ir virkne mikroskopu un ar tiem saistītās mērīšanas metodes, kuras izmanto virsmu analīzei. Tāpēc šie paņēmieni ir daļa no virsmas un interfeisa fizikas. Skenējošās zondes mikroskopi ir raksturīgi ar to, ka mērīšanas zonde tiek virzīta virs virsmas nelielā attālumā.
Kas ir skenējošās zondes mikroskops?
Visu veidu mikroskopus, kuros attēls tiek izveidots zondes un parauga mijiedarbības rezultātā, sauc par skenējošiem zondes mikroskopiem. Tas atšķir šīs metodes gan no gaismas mikroskopijas, gan no skenējošās elektronu mikroskopijas. Šeit netiek izmantotas ne optiskās, ne elektronoptiskās lēcas.
Ar skenējošās zondes mikroskopu parauga virsma tiek skenēta ar zondes palīdzību. Tādā veidā katram punktam iegūst izmērītās vērtības, kuras pēc tam apvieno, lai izveidotu digitālu attēlu.
Skenēšanas zondes metodi pirmo reizi izstrādāja un 1981. gadā prezentēja Rohrers un Binnigs. Tā pamatā ir tuneļa efekts, kas rodas starp metāla galu un vadošu virsmu. Šis efekts ir pamats visām vēlāk izstrādātajām skenēšanas zondes mikroskopijas metodēm.
Formas, veidi un veidi
Ir dažādi skenējošās zondes mikroskopu veidi, kas galvenokārt atšķiras attiecībā uz mijiedarbību starp zondi un paraugu. Sākumpunkts bija skenējošā tunelēšanas mikroskopija, kas 1982. gadā pirmo reizi ļāva atomiski izšķirt elektriski vadošu virsmu attēlojumu. Turpmākajos gados tika izstrādātas daudzas citas skenēšanas zondes mikroskopijas metodes.
Ar skenējošo tunelēšanas mikroskopu starp parauga virsmu un galu tiek pielikts spriegums. Tuneļa strāvu mēra starp paraugu un galu, kuriem arī nav atļauts pieskarties. 1984. gadā parādījās optiskā tuvlauka mikroskopija. Šeit gaisma caur zondi tiek izvadīta caur paraugu. Atomu spēka mikroskopā zondi novirza ar atomu spēku palīdzību. Parasti tiek izmantoti tā dēvētie van der Waals spēki. Zondes novirzei ir proporcionāla attiecība pret spēku, ko nosaka pēc zondes atsperes konstantes.
Atomu spēka mikroskopija tika izstrādāta 1986. gadā. Sākumā atomu spēka mikroskopi darbojās, pamatojoties uz tuneļa galu, kas darbojas kā detektors. Šis tuneļa gals nosaka faktisko attālumu starp parauga virsmu un sensoru. Šī tehnoloģija izmanto tuneļa spriegumu, kas pastāv starp sensora aizmuguri un noteikšanas galu.
Mūsdienās šo metodi lielā mērā aizvieto noteikšanas princips ar atklāšanu, izmantojot lāzera staru, kas darbojas kā gaismas rādītājs. To sauc arī par lāzera spēka mikroskopu. Turklāt tika izveidots magnētiskā spēka mikroskops, kurā izmērīto vērtību noteikšanai par pamatu kalpo magnētiskie spēki starp zondi un paraugu.
1986. gadā tika izstrādāts arī skenējošais termiskais mikroskops, kurā niecīgs sensors darbojas kā skenēšanas zonde. Ir arī tā saucamais optiskā skenēšanas tuvlauka mikroskops, kurā mijiedarbība starp zondi un paraugu sastāv no izstarojošiem viļņiem.
Struktūra un funkcionalitāte
Principā visiem skenēšanas zondes mikroskopu veidiem ir kopīgs, ka tie skenē parauga virsmu režģī. Tiek izmantota mikroskopa zondes un parauga virsmas mijiedarbība. Šī mijiedarbība atšķiras atkarībā no skenējošās zondes mikroskopa veida. Zonde ir milzīga, salīdzinot ar pārbaudāmo paraugu, un tomēr tā spēj noteikt parauga niecīgās virsmas pazīmes. Šajā brīdī īpaši būtisks ir galvenais atoms zondes galā.
Ar skenējošās zondes mikroskopijas palīdzību ir iespējams izšķirtspēja līdz 10 pikometriem. Salīdzinājumam: atomu lielums ir 100 pikometru. Gaismas mikroskopu precizitāti ierobežo gaismas viļņa garums. Šī iemesla dēļ ar šāda veida mikroskopu ir iespējama tikai izšķirtspēja no 200 līdz 300 nanometriem. Tas atbilst aptuveni pusei no gaismas viļņa garuma. Tāpēc skenējošā elektronu mikroskopā gaismas vietā tiek izmantoti elektronu kūļi. Palielinot enerģiju, viļņa garumu teorētiski var padarīt pēc iespējas īsāku. Tomēr pārāk mazs viļņa garums varētu iznīcināt paraugu.
Medicīniskie un veselības ieguvumi
Ar skenējošās zondes mikroskopa palīdzību ir iespējams skenēt ne tikai parauga virsmu. Tā vietā atsevišķus atomus var arī noņemt no parauga un atkal nogulsnēt norādītajā vietā.
Kopš 80. gadu sākuma skenēšanas zondes mikroskopijas attīstība ir strauji progresējusi. Jaunās iespējas uzlabot izšķirtspēju, kas ir mazāka par vienu mikrometru, bija būtisks priekšnoteikums progresam nanozinātnēs un nanotehnoloģijās.Šī attīstība ir notikusi jo īpaši kopš 1990. gadiem.
Balstoties uz zondes skenēšanas mikroskopijas pamatmetodēm, mūsdienās ir sadalītas daudzas citas apakšmetodes. Tie izmanto dažāda veida mijiedarbību starp zondes galu un parauga virsmu.
Skenējošiem zondes mikroskopiem ir būtiska loma tādās pētniecības jomās kā nanoķīmija, nanobioloģija, nanobioķīmija un nanomedicīna. Skenējošās zondes mikroskopi tiek izmantoti pat citu planētu, piemēram, Marsa, izpētei.
Skenējošās zondes mikroskopos tiek izmantota īpaša pozicionēšanas tehnika, kuras pamatā ir tā saucamais pjezo efekts. Zondes pārvietošanas aparātu kontrolē dators, un tas ļauj veikt ļoti precīzu pozicionēšanu. Tas ļauj kontrolētā veidā skenēt paraugu virsmas un apvienot mērījumu rezultātus ārkārtīgi augstas izšķirtspējas displejā.
.jpg)
