Concept/Principe/Structure/Caractéristiques du microscope à sonde à balayage
Le microscope à sonde à balayage est un terme général désignant divers nouveaux microscopes à sonde (microscope à force atomique, microscope à force électrostatique, microscope à force magnétique, microscope à conductance ionique à balayage, microscope électrochimique à balayage, etc.) développés sur la base du microscope à effet tunnel. Développement d'instruments d'analyse de surface.
Principe et structure du microscope à sonde à balayage
Le principe de fonctionnement de base du microscope à sonde à balayage est d'utiliser l'interaction entre la sonde et les atomes et molécules de surface de l'échantillon, c'est-à-dire les champs physiques de diverses interactions formées lorsque la sonde et la surface de l'échantillon sont proches de l'échelle nanométrique, et obtenu en détectant les grandeurs physiques correspondantes Morphologie de la surface de l'échantillon. Le microscope à sonde à balayage est principalement composé de cinq parties : sonde, scanner, capteur de déplacement, contrôleur, système de détection et système d'image.
Le contrôleur déplace l'échantillon dans le sens vertical à travers le scanner afin que la distance entre la sonde et l'échantillon (ou la quantité physique d'interaction) soit stabilisée à une valeur fixe ; en même temps, l'échantillon est déplacé dans le plan horizontal xy afin que la sonde suive le balayage. La trajectoire balaye la surface de l'échantillon. En microscopie à sonde à balayage, lorsque la distance entre la sonde et l'échantillon est stable, le système de détection détecte le signal de grandeur physique pertinent de l'interaction entre la sonde et l'échantillon ; lorsque la grandeur physique de l'interaction est stable, elle est détectée par le capteur de déplacement à travers la direction verticale La distance entre la sonde et l'échantillon. Le système d'image effectue un traitement d'image tel qu'une imagerie sur la surface de l'échantillon en fonction du signal de détection (ou de la distance entre la sonde et l'échantillon).
Les microscopes à sonde à balayage sont divisés en différentes séries de microscopes selon les différents champs physiques de l'interaction entre la sonde et l'échantillon. Parmi eux, le microscope à effet tunnel (STM) et le microscope à force atomique (AFM) sont deux types de microscopes à sonde à balayage qui sont plus couramment utilisés. Le microscope à effet tunnel détecte la structure de surface de l'échantillon en détectant la taille du courant tunnel entre la sonde et l'échantillon à tester. Le microscope à force atomique détecte la surface de l'échantillon en détectant la déformation du micro-porte-à-faux provoquée par la force d'interaction entre la pointe et l'échantillon (qui peut être attractive ou répulsive) par un capteur de déplacement photoélectrique.
Caractéristiques des microscopes à sonde à balayage
La microscopie à sonde à balayage est le troisième microscope permettant d'observer la structure de la matière à l'échelle atomique après la microscopie ionique de champ et la microscopie électronique à transmission haute résolution. Prenant l'exemple du microscope à effet tunnel (STM), sa résolution latérale est de 0.1~0.2nm et sa résolution verticale en profondeur est de 0.01nm. Une telle résolution peut clairement observer des atomes ou des molécules uniques répartis sur la surface de l'échantillon. Dans le même temps, le microscope à sonde à balayage peut également effectuer des recherches d'observation dans l'air, d'autres gaz ou des environnements liquides.
Les microscopes à sonde à balayage ont les caractéristiques de la résolution atomique, du transport atomique et du nano-microtraitement. Cependant, en raison des différents principes de fonctionnement de divers microscopes à balayage en détail, les informations sur la surface de l'échantillon reflétées par les résultats obtenus par eux sont très différentes. La microscopie à effet tunnel mesure les informations de distribution des stations d'électrons à la surface de l'échantillon, qui a une résolution au niveau atomique mais ne peut toujours pas obtenir la véritable structure de l'échantillon. Le microscope atomique détecte les informations d'interaction entre les atomes, de sorte que les informations d'arrangement de la distribution atomique sur la surface de l'échantillon peuvent être obtenues, c'est-à-dire la structure réelle de l'échantillon. Mais d'un autre côté, le microscope à force atomique ne peut pas mesurer les informations d'état électronique qui peuvent être comparées à la théorie, donc les deux ont leurs propres avantages et inconvénients.
