Scanning probe microscopie: 5 belangrijke concepten

Inhoud: scansonde microscopie

Wat is scanning probe microscopie?

Scanning probe microscopie of SPM is een microscopie techniek die beelden produceert door het preparaat te scannen met behulp van een sonde, waarmee kleine lokale verschillen in de hoogte van het specifieke monstermateriaal kunnen worden gemeten zonder te worden beïnvloed door diffractie. Deze microscopen zijn in staat om verschillende interacties tegelijkertijd met het monster in beeld te brengen.

Wat zijn de soorten scanning-probe-microscopen?

Scanning probe microscopen kunnen van verschillende typen zijn, zoals:

AFM (atoomkrachtmicroscopie):

AFM (atomic force microscopy) is een microscopietechniek met zeer hoge resolutie waarbij de resolutie de orde van grootte van een fractie van een nanometer heeft. AFM kan verder worden onderverdeeld in:

Dynamische contact-atomaire-krachtmicroscopie.

Tikken op atomaire krachtmicroscopie.

Neem contact op met atoomkrachtmicroscopie.

Atoomkrachtmicroscopie zonder contact.

CFM of chemische krachtmicroscopie.

KPFM- of Kelvin-sondekrachtmicroscoop.

MFM of Magnetische krachtmicroscopie.

AFM-IR or Op atoomkrachtmicroscopie gebaseerde infraroodspectroscopie.

C-AFM of geleidende atoomkrachtmicroscopie.

EFM of elektrostatische krachtmicroscopie.

PFM of de piëzo-reactiekrachtmicroscopie.

PTMS of foto thermische micro-spectroscopie / microscopie.

SVM of de scanspanningsmicroscopie.

FMM- of Force-modulatiemicroscopie.

SGM of de scanning gate-microscopie.

scanning probe microscopie
AFM-vertegenwoordiging. Afbeeldingsbron: anoniem, Atomic force microscope blokschema, gemarkeerd als openbaar domein, meer informatie over Wikimedia Commons

STM (scanning tunneling microscoop):

STM beeldt een monster af met een zeer scherpe geleidende punt en kan een beeldresolutie produceren die varieert tussen de schaal 0.1 en 0.01 nm en verder onderverdeeld in.

De scanning Hall-sondemicroscopie of SHPM.

De spin-gepolariseerde scanning tunneling microscopie of SPSM.

De ballistische elektronenemissiemicroscopie of BEEM.

De Synchrotron x-ray scanning tunneling microscopie of SXSTM.

De elektrochemische scanning tunneling microscoop of ECSTM.

De Photon scanning tunneling microscopie of PSTM ,.

De scanning tunneling potentiometrie of STP.

1024px Scanning Tunneling Microscoop schematisch.svg
STM (scanning tunneling microscope) schematische weergave. Afbeeldingsbron: Michaël Schmid en Grzegorz PietrzakScanning Tunneling Microscope-schemaCC BY-SA 2.0 AT

SPE, Scanning Probe Elektrochemie:

SPE, Scanning Probe Electrochemistry is een microscopische techniek die speciaal is ontworpen voor het onderzoeken van elektrochemisch gedrag van verschillende vaste of vloeibare monsters. SPE kan verder worden onderverdeeld in:

De scanning-vibrerende elektrode-techniek of (SVET).

De Scanning Kelvin-sonde of (SVP).

De Scannende ionengeleidingsmicroscopie of (SICM).

De scanning elektrochemische microscopie of (SECM).

Sicm
SPE, Scanning Probe Electrochemistry schematische weergave. Afbeeldingsbron: Paul VenterSicm, gemarkeerd als openbaar domein, meer informatie over Wikimedia Commons

NSOM | Optische microscopie met nabij-veldscanning:

De Near-field scanning-optische microscopie (NSOM) of scanning-near-field-optische microscopie is een microscopische techniek (SNOM) die specifiek is ontworpen voor het onderzoeken van nanostructuren en analyse op nanoschaal.

NanoFTIR is een type NSOM-techniek dat in staat is om de verre resolutielimiet te doorbreken door gebruik te maken van de eigenschappen van een vluchtige golf.

1280px NSOM-configuratie
NSOM setup Afbeeldingsbron: sgptch at Engelse WikipediaNSOM-configuratie, gemarkeerd als openbaar domein, meer informatie over Wikimedia Commons

Andere varianten van SPM zijn

De scanning thermo-ionische microscopie (STIM).

De ladingsgradiëntmicroscopie (CGM).

De scanning-spreidingsweerstandsmicroscopie (SSRM).

De scanning-resistieve sondemicroscopie (SRPM).

De scanning single-electron transistor microscopie (SSET).

De scanning SQUID microscopie (SSM).

Welk type sondepunt wordt gebruikt voor scanning sondemicroscopie?

Het gebruikte type SPM-sondetip is volledig gebaseerd op het soort SPM dat wordt gebruikt en de combinatie van de topografieën van het monster en de vorm van de tip genereert een SPM-beeld. Er worden echter in bijna alle SPM's enkele gemeenschappelijke kenmerken opgemerkt en de sonde moet een extreem scherpe top hebben en de resolutie van de microscoop wordt voornamelijk bepaald door de top van de sonde. Scherpere sondes bieden een betere resolutie dan stompe sondes, eindigend met een atoom voor beeldvorming met atomaire resolutie.

Voor verschillende cantilever-afhankelijke, scanning probe microscopen zoals AFM (atomic force microscopy) en MFM (magnetische kracht microscopie), de fabricage van de hele cantilever en geïntegreerde sonde door het etsproces met siliciumnitride en STM (scanning tunneling microscope) en SCM (scanning capacitance microscope) vereisen geleidende sondes die typisch zijn opgebouwd uit platina/iridiumdraad en verschillende materialen zoals goud zijn soms gebruikt om steekproefgerelateerde redenen of wanneer de SPM moet worden samengevoegd met andere experimenten zoals TERS.

Iridium / platina en andere dergelijke omgevingssondes worden gewoonlijk gesneden met behulp van scherpe draadmessen. De meest effectieve methode is om een ​​groot deel van de weg door de draad te snijden en vervolgens te trekken om het resterende deel van de draad te laten breken, waardoor de kans op beëindiging van een enkel atoom wordt vergroot. De wolfraamdraden die voor dergelijke doeleinden worden gebruikt, worden in het algemeen elektrochemisch geëtst en daarna wordt de oxidelaag verwijderd wanneer de punt zich in UHV-omstandigheden bevindt.

Wat zijn de voordelen van scanning probe microscopie?

Voordelen van Sinblikken sonde microscopie

  • De beeldresolutie wordt bij deze methode niet beïnvloed door diffractie.
  • Dit is in staat om een ​​zeer klein (zo klein als picometerbereik) lokaal verschil in de sacale hoogte te meten.
  • De interacties die betrokken zijn bij beeldvorming via scanning probe microscopie kunnen worden gebruikt voor het genereren van kleine structurele veranderingen (via het scanning probe lithografie proces).
  • Er is geen vereiste dat het monster in een vacuüm wordt geplaatst in een scanning probe microscopie. Deze microscopische techniek werkt goed, zelfs onder normale atmosferische omstandigheden.

Wat zijn de nadelen van scanning probe microscopie?

Net als elke andere microscopietechniek heeft scanning-sondemicroscopie ook bepaalde beperkingen:

  • Bij scanning sondemicroscopie wordt het soms moeilijk om de gedetailleerde vorm van de scantip te bepalen. Deze fout is vooral merkbaar wanneer het monster aanzienlijk in hoogte varieert over laterale afstanden van minder dan 10 nm.
  • Het vormen van beelden die met een scanning-sondemicroscoop zijn gemaakt, kost over het algemeen veel tijd. Tegenwoordig worden er verschillende wijzigingen aangebracht om de snelheid van het scannen van monsters te verhogen.
  • De maximale grootte van het beeld dat wordt gevormd met behulp van een scanning-sondemicroscoop is over het algemeen klein.
  • Dit is niet geschikt voor een vast-vaste stof of vloeistof-vloeistof monsterinterface.

Wat is scanning-elektronenmicroscopie?

Scanning-elektronenmicroscoop heeft beelden gevormd door het oppervlak van een monster te scannen met behulp van de elektronenstraal en er zijn twee soorten.

  • Transmissie-elektronenmicroscopie met scannen.
  • Tunneling microscopie scannen.

Scanning Electron Microscope is gebaseerd op de secundaire elektronenemissie van het bovenoppervlak van het monster en Scanning-elektronenmicroscopen worden ook gebruikt voor het tellen van cellen of andere deeltjes, voor het bepalen van de grootte van macromoleculaire complexen en voor procesbesturing voor meer details over scanning-elektronenmicroscopen bezoek hier .

Lees ook:

Laat een bericht achter