Pyyhkäisykoettimikroskoopin käsite/periaate/rakenne/ominaisuudet
Pyyhkäisykoetinmikroskooppi on yleinen termi erilaisille uusille pyyhkäisytunnelimikroskoopin pohjalta kehitetyille anturimikroskoopeille (atomivoimamikroskooppi, sähköstaattinen voimamikroskooppi, magneettivoimamikroskooppi, pyyhkäisevä ionijohtavuusmikroskooppi, pyyhkäisevä sähkökemiallinen mikroskooppi jne.). Kehitetty pinta-analyysilaitteita.
Pyyhkäisykoetinmikroskoopin periaate ja rakenne
Pyyhkäisyanturimikroskoopin perustoimintaperiaate on käyttää koettimen ja näytteen pinnan atomien ja molekyylien välistä vuorovaikutusta eli erilaisten vuorovaikutusten fysikaalisia kenttiä, jotka muodostuvat, kun koetin ja näytteen pinta ovat lähellä nanomittakaavaa, ja saatu ilmaisemalla vastaavat fysikaaliset suureet Näytteen pinnan morfologia. Pyyhkäisyanturimikroskooppi koostuu pääasiassa viidestä osasta: anturi, skanneri, siirtymäanturi, ohjain, tunnistusjärjestelmä ja kuvajärjestelmä.
Säädin siirtää näytettä pystysuunnassa skannerin läpi siten, että anturin ja näytteen välinen etäisyys (tai vuorovaikutuksen fyysinen määrä) stabiloituu kiinteään arvoon; samalla näytettä siirretään xy vaakatasossa siten, että mittapää seuraa skannausta. Polku skannaa näytteen pintaa. Pyyhkäisykoettimen mikroskopiassa, kun koettimen ja näytteen välinen etäisyys on vakaa, ilmaisujärjestelmä havaitsee relevantin fyysisen määrän signaalin koettimen ja näytteen välisestä vuorovaikutuksesta; kun vuorovaikutuksen fyysinen määrä on stabiili, se havaitaan siirtymäanturilla pystysuunnassa. Anturin ja näytteen välinen etäisyys. Kuvajärjestelmä suorittaa kuvankäsittelyn, kuten kuvantamisen näytteen pinnalle tunnistussignaalin (tai anturin ja näytteen välisen etäisyyden) mukaan.
Pyyhkäisykoetinmikroskoopit on jaettu eri mikroskooppisarjoihin anturin ja näytteen välisen vuorovaikutuksen eri fyysisten kenttien mukaan. Niistä skannaava tunnelointimikroskooppi (STM) ja atomivoimamikroskooppi (AFM) ovat kahden tyyppisiä skannauskoetinmikroskooppeja, joita käytetään yleisemmin. Pyyhkäisytunnelointimikroskooppi havaitsee näytteen pintarakenteen havaitsemalla koettimen ja testattavan näytteen välisen tunnelivirran koon. Atomivoimamikroskooppi havaitsee näytteen pinnan havaitsemalla mikroulokkeen muodonmuutoksen, joka johtuu kärjen ja näytteen välisestä vuorovaikutusvoimasta (joka voi olla houkutteleva tai hylkivä) valosähköisellä siirtymäanturilla.
Pyyhkäisyanturimikroskooppien ominaisuudet
Pyyhkäisyanturimikroskopia on kolmas mikroskooppi aineen rakenteen tarkkailuun atomimittakaavassa kenttäionimikroskopian ja korkearesoluutioisen transmissioelektronimikroskoopin jälkeen. Esimerkkinä Scanning Tunneling Microscope (STM) -resoluutio on 0,1~0,2 nm ja pystysyvyysresoluutio 0,01 nm. Tällainen resoluutio voi selvästi havaita yksittäisiä atomeja tai molekyylejä, jotka ovat jakautuneet näytteen pinnalle. Samalla pyyhkäisyanturimikroskoopilla voidaan tehdä havainnointitutkimusta ilmassa, muissa kaasuissa tai nestemäisessä ympäristössä.
Pyyhkäisyanturimikroskoopeilla on atomiresoluutio, atomien kuljetus ja nanomikroprosessointi. Kuitenkin johtuen eri pyyhkäisymikroskooppien yksityiskohtaisesti erilaisista toimintaperiaatteista, niillä saatujen tulosten heijastuma näytteen pinnalla on hyvin erilaista. Pyyhkäisytunnelimikroskoopilla mitataan elektroniasemien jakautumisinformaatiota näytteen pinnalla, jolla on atomitason resoluutio, mutta joka ei silti pysty saamaan näytteen todellista rakennetta. Atomimikroskoopilla havaitaan atomien väliset vuorovaikutustiedot, jolloin saadaan näytteen pinnan atomijakauman järjestystieto eli näytteen todellinen rakenne. Mutta toisaalta atomivoimamikroskoopilla ei voi mitata teoriaan verrattavaa elektronista tilatietoa, joten näillä kahdella on omat etunsa ja haittansa.
