Cos'è un microscopio a sonda a scansione?

Un microscopio alla sonda di scansione è uno dei numerosi microscopi che producono immagini di superficie tridimensionali in dettaglio molto elevato, compresa la scala atomica.A seconda della tecnica di microscopia utilizzata, alcuni di questi microscopi possono anche misurare le proprietà fisiche di un materiale, tra cui la corrente elettrica, la conducibilità e i campi magnetici.Il primo microscopio alla sonda di scansione, chiamato microscopio a tunnel di scansione (STM), è stato inventato nei primi anni '80.Gli inventori della STM hanno vinto il premio Nobel in fisica alcuni anni dopo.Da quel momento, sono state inventate diverse altre tecniche, fondate sugli stessi principi di base.

Tutte le tecniche di microscopia alla sonda di scansione coinvolgono una piccola scansione a punta affilata della superficie del materiale, poiché i dati vengono acquisiti digitalmente dalla scansione.La punta della sonda di scansione deve essere più piccola delle caratteristiche sulla superficie da scansionare, al fine di produrre un'immagine accurata.Questi suggerimenti devono essere sostituiti ogni pochi giorni.Di solito sono montati su cantilever e in molte tecniche SPM, il movimento del cantilever viene misurato per determinare l'altezza della superficie.

Nella microscopia a tunnel di scansione, viene applicata una corrente elettrica tra la punta di scansione e la superficie image.Questa corrente è mantenuta costante regolando l'altezza della punta, generando così un'immagine topografica della superficie.In alternativa, l'altezza della punta può essere mantenuta costante mentre la corrente mutevole viene misurata per determinare l'altezza della superficie.Poiché questo metodo utilizza la corrente elettrica, è applicabile solo a materiali che sono conduttori o semiconduttori.

Diversi tipi di microscopio a sonda di scansione rientrano nella categoria della microscopia a forza atomica

(AFM).A differenza della microscopia a tunnel di scansione, l'AFM può essere utilizzato su tutti i tipi di materiali, indipendentemente dalla loro conducibilità.Tutti i tipi di AFM utilizzano una misura indiretta della forza tra la punta di scansione e la superficie per produrre l'immagine.Questo di solito si ottiene attraverso una misurazione della deflessione del cantilever.I vari tipi di microscopio a forza atomica includono contatto AFM, AFM senza contatto e contatto intermittente AFM.Diverse considerazioni determinano quale tipo di microscopia a forza atomica è meglio per una particolare applicazione, inclusa la sensibilità del materiale e la dimensione del campione da scansionare. Esistono alcune variazioni sui tipi di base della microscopia di forza atomica.La microscopia a forza laterale (LFM) misura la forza di torsione sulla punta di scansione, che è utile per la mappatura dell'attrito della superficie.La microscopia di capacità di scansione viene utilizzata per misurare la capacità del campione, producendo contemporaneamente un'immagine topografica AFM.I microscopi di forza atomica conduttiva (C-AFM) usano una punta conduttiva in modo molto come fa STM, producendo così un'immagine topografica AFM e una mappa della corrente elettrica.La microscopia di modulazione di forza (FMM) viene utilizzata per misurare le proprietà elastiche dei materiali.

Esistono anche altre tecniche di microscopio alla sonda di scansione per misurare proprietà diverse dalla superficie tridimensionale.I microscopi di forza elettrostatica (EFM) vengono utilizzati per misurare la carica elettrica su una superficie.Questi sono talvolta usati per testare i chip a microprocessore.La microscopia termica a scansione (SHM) raccoglie dati sulla conducibilità termica e mappatura della topografia della superficie.I microscopi a forza magnetica (MFM) misurano il campo magnetico sulla superficie insieme alla topografia.