Qu'est-ce qu'un microscope à sonde à balayage?

Un microscope à sonde à balayage est l'un des plusieurs microscopes qui produisent des images de surface tridimensionnelles en détail, y compris l'échelle atomique.Selon la technique de microscopie utilisée, certains de ces microscopes peuvent également mesurer les propriétés physiques d'un matériau, y compris le courant électrique, la conductivité et les champs magnétiques.Le premier microscope à sonde à balayage, appelé Microscope à tunnel à balayage (STM), a été inventé au début des années 80.Les inventeurs du STM ont remporté le prix Nobel de physique quelques années plus tard.Depuis lors, plusieurs autres techniques, fondées sur les mêmes principes de base, ont été inventées.

Toutes les techniques de microscopie à sonde à balayage impliquent un petit balayage pointu de la surface du matériau, car les données sont acquises numériquement à partir du scan.La pointe de la sonde de balayage doit être plus petite que les caractéristiques de la surface scannées, afin de produire une image précise.Ces conseils doivent être remplacés tous les quelques jours.Ils sont généralement montés sur des cantilevers, et dans de nombreuses techniques de SPM, le mouvement du cantilever est mesuré pour déterminer la hauteur de la surface.

En microscopie à tunnel à balayage, un courant électrique est appliqué entre la pointe de balayage et la surface imagée.Ce courant est maintenu constant en ajustant la hauteur de la pointe, générant ainsi une image topographique de la surface.Alternativement, la hauteur de la pointe peut être maintenue constante tandis que le courant changeant est mesuré pour déterminer la hauteur de la surface.Étant donné que cette méthode utilise le courant électrique, elle ne s'applique qu'aux matériaux qui sont des conducteurs ou des semi-conducteurs.

Plusieurs types de microscope à sonde de balayage relèvent de la catégorie de Microscopie à force atomique

(AFM).Contrairement à la microscopie à tunnel à balayage, l'AFM peut être utilisé sur tous les types de matériaux, quelle que soit leur conductivité.Tous les types d'AFM utilisent une mesure indirecte de la force entre la pointe de balayage et la surface pour produire l'image.Ceci est généralement réalisé grâce à une mesure de la déviation en cantilever.Les différents types de microscope à force atomique comprennent le contact AFM, AFM sans contact et AFM de contact intermittent.Plusieurs considérations déterminent quel type de microscopie à force atomique est la meilleure pour une application particulière, y compris la sensibilité du matériau et la taille de l'échantillon à analyser.

Il existe quelques variations sur les types de base de microscopie à force atomique.La microscopie à force latérale (LFM) mesure la force de torsion sur la pointe de balayage, ce qui est utile pour cartographier le frottement de surface.La microscopie à capacité à balayage est utilisée pour mesurer la capacité de l'échantillon tout en produisant simultanément une image topographique AFM.Les microscopes à force atomique conductrice (C-AFM) utilisent une pointe conductrice comme le fait STM, produisant ainsi une image topographique AFM et une carte du courant électrique.La microscopie à modulation de force (FMM) est utilisée pour mesurer les propriétés élastiques des matériaux.

Les autres techniques de microscope à sonde de balayage existent également pour mesurer des propriétés autres que la surface tridimensionnelle.Les microscopes de force électrostatique (EFM) sont utilisés pour mesurer la charge électrique sur une surface.Ceux-ci sont parfois utilisés pour tester les puces de microprocesseur.La microscopie thermique à balayage (STHM) recueille des données sur la conductivité thermique ainsi que la cartographie de la topographie de la surface.Les microscopes de force magnétique (MFM) mesurent le champ magnétique sur la surface avec la topographie.