Taramalı prob mikroskobu

Terim altında Taramalı prob mikroskobu Yüzeyleri analiz etmek için kullanılan çok sayıda mikroskop ve ilgili ölçüm yöntemleri vardır. Bu teknikler bu nedenle yüzey ve arayüz fiziğinin bir parçasıdır. Taramalı prob mikroskoplarının özelliği, bir ölçüm probunun küçük bir mesafede bir yüzey üzerinde yönlendirilmesidir.

Taramalı prob mikroskobu nedir?

Sonda ve numune arasındaki etkileşimin bir sonucu olarak görüntünün oluşturulduğu tüm mikroskop türleri, taramalı prob mikroskopları olarak adlandırılır. Bu, bu yöntemleri hem ışık mikroskobu hem de taramalı elektron mikroskobundan ayırır. Burada ne optik ne de elektron optik lensler kullanılmamaktadır.

Taramalı prob mikroskobu ile numunenin yüzeyi bir prob yardımıyla parça parça taranır. Bu şekilde, her bir nokta için ölçülen değerler elde edilir ve bunlar daha sonra dijital bir görüntü oluşturmak için birleştirilir.

Tarama probu yöntemi ilk olarak 1981'de Rohrer ve Binnig tarafından geliştirildi ve sunuldu. Metal bir uç ile iletken bir yüzey arasında ortaya çıkan tünel etkisine dayanır. Bu etki, daha sonra geliştirilen tüm taramalı prob mikroskopi yöntemlerinin temelini oluşturur.

Şekiller, türler ve türler

Öncelikle prob ve numune arasındaki etkileşim açısından farklılık gösteren farklı tipte taramalı prob mikroskopları vardır. Başlangıç ​​noktası, 1982'de ilk kez elektriksel olarak iletken yüzeylerin atomik olarak çözülmüş bir temsilini sağlayan taramalı tünelleme mikroskobu idi. Sonraki yıllarda çok sayıda başka taramalı prob mikroskopi yöntemi geliştirildi.

Taramalı tünelleme mikroskobu ile numunenin yüzeyi ile uç arasına bir voltaj uygulanır. Tünel akımı, temas etmesine de izin verilmeyen numune ile uç arasında ölçülür. 1984'te optik yakın alan mikroskobu ortaya çıktı. Burada ışık bir probdan numuneye gönderilir. Atomik kuvvet mikroskobunda, prob, atomik kuvvetler vasıtasıyla saptırılır. Genellikle sözde van der Waals kuvvetleri kullanılır. Probun sapması, probun yay sabitine göre belirlenen kuvvetle orantılı bir ilişkiye sahiptir.

Atomik kuvvet mikroskobu 1986'da geliştirildi. Başlangıçta, atomik kuvvet mikroskopları, dedektör görevi gören bir tünel ucu temelinde çalıştı. Bu tünel ucu, numunenin yüzeyi ile sensör arasındaki gerçek mesafeyi belirler. Teknoloji, sensörün arkası ile algılama ucu arasında bulunan tünel voltajını kullanır.

Günümüzde, bu işlemin yerini büyük ölçüde, bir ışık göstergesi olarak işlev gören bir lazer ışını kullanan bir algılama ile algılama ilkesi almıştır. Bu aynı zamanda lazer kuvvet mikroskobu olarak da bilinir. Ek olarak, prob ile numune arasındaki manyetik kuvvetlerin ölçülen değerlerin belirlenmesinde temel teşkil ettiği bir manyetik kuvvet mikroskobu geliştirildi.

1986'da küçük bir sensörün tarama probu olarak işlev gördüğü taramalı termal mikroskop da geliştirildi. Ayrıca, prob ve numune arasındaki etkileşimin fani dalgalardan oluştuğu, optik taramalı yakın alan mikroskobu olarak adlandırılan bir de vardır.

Yapı ve işlevsellik

Prensip olarak, tüm taramalı prob mikroskoplarının ortak noktası, numunenin yüzeyini bir ızgarada taramalarıdır. Mikroskobun probu ile numunenin yüzeyi arasındaki etkileşim kullanılır. Bu etkileşim, taramalı prob mikroskobunun türüne bağlı olarak değişir. Prob, incelenmekte olan numuneye kıyasla çok büyüktür ve yine de numunenin küçük yüzey özelliklerini belirleyebilir. Sondanın ucundaki en önde gelen atom bu noktada özellikle önemlidir.

Taramalı prob mikroskobu yardımıyla, 10 pikometreye kadar çözünürlük mümkündür. Karşılaştırma için: atomların boyutu 100 pikometre aralığındadır. Işık mikroskoplarının doğruluğu, ışığın dalga boyu ile sınırlıdır. Bu nedenle, bu tür bir mikroskopla yalnızca yaklaşık 200 ila 300 nanometre çözünürlük mümkündür. Bu, kabaca ışık dalga boyunun yarısına karşılık gelir. Bu nedenle, taramalı elektron mikroskobunda ışık yerine elektron demetleri kullanılır. Enerjiyi artırarak, dalga boyu teorik olarak istenildiği kadar kısaltılabilir. Ancak, çok küçük bir dalga boyu numuneyi yok eder.

Tıbbi ve sağlık yararları

Taramalı prob mikroskobu yardımıyla, yalnızca bir numunenin yüzeyini taramak mümkün değildir. Bunun yerine, ayrı ayrı atomlar da numuneden çıkarılabilir ve belirli bir konuma tekrar bırakılabilir.

1980'lerin başından bu yana, taramalı prob mikroskobunun gelişimi hızla ilerledi. Bir mikrometreden çok daha az gelişmiş çözünürlük için yeni olanaklar, nanobilimler ve nanoteknolojideki gelişmeler için temel bir önkoşuldur Bu gelişme özellikle 1990'lardan beri meydana gelmiştir.

Taramalı prob mikroskopisinin temel yöntemlerine dayanarak, günümüzde çok sayıda başka alt yöntem bölünmüştür. Bunlar, prob ucu ile numune yüzeyi arasındaki farklı etkileşim türlerinden yararlanır.

Taramalı prob mikroskopları, nanokimya, nanobiyoloji, nanobiyokimya ve nanotıp gibi araştırma alanlarında önemli bir rol oynar. Tarama sondası mikroskopları, Mars gibi diğer gezegenleri keşfetmek için bile kullanılıyor.

Taramalı prob mikroskopları, piezo etkisi olarak adlandırılan özel bir konumlandırma tekniği kullanır. Probu hareket ettirmek için kullanılan aparat bilgisayar tarafından kontrol edilir ve son derece hassas konumlandırma sağlar. Bu, numunelerin yüzeylerinin kontrollü bir şekilde taranmasına ve ölçüm sonuçlarının son derece yüksek çözünürlüklü bir ekranda birleştirilmesine olanak tanır.