Микроскоп за скенирање

Под појмом Микроскоп за скенирање Постоји велики број микроскопа и припадајућих метода мерења који се користе за анализу површина. Ове технике су, дакле, део физике површина и површина интерфејса. Микроскопи за скенирање се одликују тиме што се мерна сонда води на површини на малој удаљености.

Шта је микроскоп за скенирање?

Све врсте микроскопа у којима се слика ствара као резултат интеракције сонде и узорка називају се микроскопима за скенирање. Ово разликује ове методе и од светлосне микроскопије и од скенирајуће електронске микроскопије. Овде се не користе ни оптичка, нити електронско-оптичка сочива.

Помоћу сонде за микроскоп скенирањем се површински узорак скенира помало. На овај начин се добијају измерене вредности за сваку појединачну тачку, које се затим комбинују да би се створила дигитална слика.

Методу скенирања први пут су развили и представили 1981. Рохрер и Бинниг. Заснован је на ефекту тунела који настаје између металног врха и проводне површине. Овај ефекат чини основу за све методе скенирања микроскопије развијене касније.

Облици, врсте и типови

Постоје различите врсте микроскопа за скенирање, које се првенствено разликују с обзиром на интеракцију сонде и узорка. Полазна тачка била је скенирајућа тунелолошка микроскопија, која је 1982. први пут омогућила атомско решен приказ електрично проводљивих површина. Током наредних година развили су се бројне друге методе скенирања микроскопом.

Помоћу скенирајућег тунелирајућег микроскопа примењује се напон између површине узорка и врха. Струја тунела мери се између узорка и врха, који такође нису дозвољени за додир. 1984. године појавила се оптичка микроскопија у близини поља. Овде се светлост шаље кроз узорак из сонде. У микроскопу атомске силе сонда се одбија у атомским силама. Обично се користе такозване ван дер Ваалове снаге. Одбијање сонде има пропорционалан однос према сили, која се одређује према константи опруге сонде.

Микроскопија атомске силе развијена је 1986. године. У почетку су микроскопи атомске силе радили на основу врха тунела који делује као детектор. Овај врх тунела одређује стварну удаљеност између површине узорка и сензора. Ова технологија користи напон тунела који постоји између задње стране сензора и детекцијског врха.

Данас је ова метода у великој мери замењена принципом детекције, детекцијом помоћу ласерског снопа који функционише као показивач светлости. То је такође познато као ласерски микроскоп. Поред тога, развијен је микроскоп са магнетном силом у коме магнетне силе између сонде и узорка служе као основа за одређивање измерених вредности.

Године 1986. развијен је и термички микроскоп за скенирање, у коме сићушни сензор функционише као сонда за скенирање. Постоји и такозвано оптичко скенирање микроскопа близу поља, у којем се интеракција сонде и узорка састоји од еванесцентних таласа.

Структура и функционалност

У принципу, све врсте микроскопа за скенирање имају заједничко то да скенирају површину узорка у мрежи. Користи се интеракција између сонде микроскопа и површине узорка. Ова интеракција се разликује у зависности од врсте микроскопа за испитивање. Сонда је огромна у поређењу са узорком који се испитује, а ипак може да одреди ситне површинске карактеристике узорка. Предњи атом на врху сонде је посебно релевантан у овом тренутку.

Уз помоћ микроскопије за скенирање могуће су резолуције до 10 пикометра. За поређење: величина атома је у опсегу од 100 пикометара. Тачност светлосних микроскопа ограничена је таласном дужином светлости. Из тог разлога, само су резолуције од око 200 до 300 нанометара са овом врстом микроскопа. То одговара отприлике половини таласне дужине светлости. Због тога се електронски снопови уместо светлости користе у скенирајућем електронском микроскопу. Повећавањем енергије таласна дужина се у теорији може учинити што краћим. Међутим, премала таласна дужина уништила би узорак.

Медицинске и здравствене користи

Уз помоћ микроскопа за сондирање није могуће само скенирати површину узорка. Уместо тога, појединачни атоми се такође могу уклонити из узорка и поново одложити на одређено место.

Од раних 1980-их развој микроскопије за скенирање брзо напредује. Нове могућности за бољу разлучивост далеко мању од микрометра биле су суштински предуслов за напредак у нанознаностима и нанотехнологији, а то се нарочито дешавало од 1990-их.

На основу основних метода скенирања микроскопије, данас се дијеле бројне друге под-методе. Они користе различите врсте интеракције између врха сонде и површине узорка.

Скенирање микроскопа игра кључну улогу у истраживачким областима као што су нанохемија, нанобиологија, нанобиохемија и наномедицина. Микроскопи за скенирање се чак користе за истраживање других планета као што је Марс.

Микроскопи за скенирање користе посебну технику позиционирања засновану на такозваном пиезо ефекту. Уређајем за померање сонде управља рачунар и омогућава веома прецизно позиционирање. То омогућава контролу узорака на контролирани начин, а резултате мерења комбиновати у екран изузетно високе резолуције.