Hvad er et scanningsprobemikroskop?

Et scanningsprobemikroskop er et hvilket som helst af flere mikroskoper, der producerer tredimensionelle overfladebilleder i meget høj detaljeret, herunder atomskala.Afhængig af den anvendte mikroskopiteknik kan nogle af disse mikroskoper også måle fysiske egenskaber ved et materiale, herunder elektrisk strøm, ledningsevne og magnetiske felter.Det første scanningsprobemikroskop, kaldet A scanningstunnelmikroskop (STM), blev opfundet i de tidlige 1980'ere.Opfinderne af STM vandt Nobelprisen i fysik et par år senere.Siden den tid er adskillige andre teknikker, der er baseret på de samme grundlæggende principper, blevet opfundet.

Alle scanningsprobemikroskopiteknikker involverer en lille, skarp tip-scanning af materialets overflade, da data erhverves digitalt fra scanningen.Spidsen af scanningssonden skal være mindre end funktionerne på den overflade, der scannes for at producere et nøjagtigt billede.Disse tip skal udskiftes hvert par dage.De er normalt monteret på cantilevers, og i mange SPM -teknikker måles bevægelsen af cantilever til at bestemme overfladenes højde.

I scanning af tunnelmikroskopi påføres en elektrisk strøm mellem scanningspidsen og overfladen, der afbildes.Denne strøm holdes konstant ved at justere spidsenes højde og genererer således et topografisk billede af overfladen.Alternativt kan spidens højde holdes konstant, mens den skiftende strøm måles for at bestemme overfladenes højde.Da denne metode bruger elektrisk strøm, gælder den kun for materialer, der er ledere eller semi-ledere.

Flere typer scanningsprobemikroskop falder ind under kategorien atomkraftmikroskopi (AFM).I modsætning til scanningstunnelmikroskopi kan AFM bruges på alle typer materialer, uanset deres ledningsevne.Alle typer AFM bruger en indirekte måling af kraften mellem scanningspidsen og overfladen til at producere billedet.Dette opnås normalt gennem en måling af cantilever -afbøjningen.De forskellige typer atomkraftmikroskop inkluderer kontakt AFM, ikke-kontakt AFM og intermitterende kontakt AFM.Flere overvejelser bestemmer, hvilken type atomkraftmikroskopi der er bedst til en bestemt anvendelse, herunder følsomheden af materialet og størrelsen på prøven, der skal scannes.

Der er et par variationer på de grundlæggende typer atomkraftmikroskopi.Lateral kraftmikroskopi (LFM) måler den snoede kraft på scanningspidsen, hvilket er nyttigt til kortlægning af overfladefriktion.Scanningskapacitansmikroskopi bruges til at måle kapacitansen af prøven og samtidig producere et AFM -topografisk billede.Ledende atomkraftmikroskoper (C-AFM) bruger en ledende spids meget som STM gør, hvilket producerer et AFM-topografisk billede og et kort over den elektriske strøm.Kraftmoduleringsmikroskopi (FMM) bruges til at måle en materialerelastiske egenskaber.

Andre scanningsprobemikroskopteknikker findes også til måling af andre egenskaber end den tredimensionelle overflade.Elektrostatiske kraftmikroskoper (EFM) bruges til at måle den elektriske ladning på en overflade.Disse bruges undertiden til at teste mikroprocessorchips.Scanning af termisk mikroskopi (STHM) indsamler data om termisk ledningsevne samt kortlægning af overfladenes topografi.Magnetisk kraftmikroskoper (MFM) måler magnetfeltet på overfladen sammen med topografien.