Skanna sondmikroskop

Under termen Skanna sondmikroskop Det finns ett antal mikroskop och tillhörande mätmetoder som används för att analysera ytor. Dessa tekniker är därför en del av yt- och gränssnittsfysiken. Skanningssondmikroskop kännetecknas av att en mätsond styrs över en yta på ett litet avstånd.

Vad är ett skanningssondmikroskop?

Alla typer av mikroskop där bilden skapas som ett resultat av en interaktion mellan sonden och provet kallas skanningssondmikroskop. Detta skiljer dessa metoder från både ljusmikroskopi och skanningselektronmikroskopi. Varken optiska eller elektronoptiska linser används här.

Med skanningssondmikroskopet skannas provets yta bit för bit med hjälp av en sond. På detta sätt erhålls uppmätta värden för varje enskild punkt, som sedan kombineras för att skapa en digital bild.

Skanningssondmetoden utvecklades och presenterades första gången 1981 av Rohrer och Binnig. Den är baserad på tunneleffekten som uppstår mellan en metallspets och en ledande yta. Denna effekt ligger till grund för alla mikroskopimetoder för skanningssond som utvecklats senare.

Former, typer och typer

Det finns olika typer av skanningssondmikroskop som skiljer sig främst med avseende på interaktionen mellan sonden och provet. Utgångspunkten var skannatunnelmikroskopin, som 1982 för första gången möjliggjorde en atomiskt upplöst representation av elektriskt ledande ytor. Under de följande åren utvecklades många andra skanningssondmikroskopimetoder.

Med skannatunnelmikroskopet appliceras en spänning mellan provets yta och spetsen. Tunnelströmmen mäts mellan provet och spetsen, som inte heller får beröra. 1984 kom optisk nära-fältmikroskopi fram. Här skickas ljus genom provet från en sond. I atomkraftmikroskopet avböjes sonden med hjälp av atomkrafter. Vanligtvis används de så kallade van der Waals-krafterna. Avböjningen av sonden har ett proportionellt förhållande till kraften, som bestäms enligt sondens fjäderkonstant.

Atomkraftsmikroskopi utvecklades 1986. I början arbetade atomkraftsmikroskop på grundval av en tunnelspets som fungerar som en detektor. Denna tunnelspets bestämmer det faktiska avståndet mellan provets yta och sensorn. Tekniken använder den tunnelspänning som finns mellan sensorns baksida och detektionsspetsen.

Nuförtiden har denna metod till stor del ersatts av detektionsprincipen, med detektering med hjälp av en laserstråle som fungerar som en ljuspekare. Detta är också känt som ett laserkraftsmikroskop. Dessutom utvecklades ett magnetkraftmikroskop i vilket magnetiska krafter mellan sonden och provet fungerar som bas för att bestämma de uppmätta värdena.

1986 utvecklades också det skannande termiska mikroskopet, där en liten sensor fungerar som en skanningssond. Det finns också ett så kallat optiskt skanning nära fältmikroskop, där interaktionen mellan sond och prov består av glödande vågor.

Struktur och funktionalitet

I princip har alla typer av skanningssondmikroskop gemensamt att de skannar provets yta i ett rutnät. Interaktionen mellan mikroskopets sond och provets yta används. Denna interaktion varierar beroende på typen av skanningssondmikroskop. Sonden är enorm jämfört med provet som undersöks, och ändå kan den bestämma de små ytfunktionerna i provet. Den främsta atomen vid sondens spets är särskilt relevant vid denna punkt.

Med hjälp av genomsökning av sondmikroskopi är upplösningar på upp till 10 bildpunkter möjliga. Som jämförelse: storleken på atomerna ligger i intervallet 100 pikometrar. Ljusmikroskopens noggrannhet begränsas av ljusets våglängd. Av denna anledning är det bara möjligt att använda upplösningar på cirka 200 till 300 nanometer med denna typ av mikroskop. Detta motsvarar ungefär hälften av ljusets våglängd. Därför används elektronstrålar istället för ljus i ett avsökande elektronmikroskop. Genom att öka energin kan våglängden i teorin göras så kort som önskas. Emellertid skulle en för liten våglängd förstöra provet.

Medicinska & hälsofördelar

Med hjälp av ett skanningssondmikroskop är det inte bara möjligt att skanna ytan på ett prov. Istället kan enskilda atomer också tas bort från provet och deponeras igen på en specifik plats.

Sedan början av 1980-talet har utvecklingen av skanningssondmikroskopi utvecklats snabbt. De nya möjligheterna till förbättrad upplösning på mycket mindre än en mikrometer var en väsentlig förutsättning för framsteg inom nanovetenskap och nanoteknologi. Denna utveckling har skett särskilt sedan 1990-talet.

Baserat på de grundläggande metoderna för att skanna sondmikroskopi är många andra delmetoder numera uppdelade. Dessa utnyttjar olika typer av interaktion mellan sondspetsen och provytan.

Skanna sondmikroskop spelar en viktig roll inom forskningsområden som nano-kemi, nanobiologi, nanobiokemi och nanomedicin. Skanningssondmikroskop används till och med för att utforska andra planeter som Mars.

Skanningssondmikroskop använder en speciell positioneringsteknik baserad på den så kallade piezoeffekten. Apparaten för att flytta sonden styrs av datorn och möjliggör mycket exakt positionering. Detta gör att ytorna på proverna kan skannas på ett kontrollerat sätt och mätresultaten kan kombineras till en extremt högupplöst display.