Under udtrykket Scanning sonde mikroskop Der er et antal mikroskoper og de tilhørende målemetoder, der bruges til at analysere overflader. Disse teknikker er derfor en del af overflade- og interfacefysik. Scanningssonden mikroskoper er kendetegnet ved, at en målesonde føres over en overflade i en lille afstand.
Hvad er et scanning-mikroskop?
Alle typer mikroskoper, hvori billedet oprettes, som et resultat af en interaktion mellem proben og prøven, kaldes scanning-probemikroskop. Dette adskiller disse metoder fra både lysmikroskopi og scanningselektronmikroskopi. Hverken optiske eller elektroniske optiske linser bruges her.
Med scanningssonden mikroskop skannes overflade af prøven bit for bit ved hjælp af en sonde. På denne måde opnås målte værdier for hvert individuelt punkt, der derefter kombineres for at skabe et digitalt billede.
Scanningsprobe-metoden blev først udviklet og præsenteret i 1981 af Rohrer og Binnig. Den er baseret på tunneleffekten, der opstår mellem en metallisk spids og en ledende overflade. Denne effekt danner grundlaget for alle scanningssonden mikroskopimetoder, der er udviklet senere.
Former, typer og typer
Der er forskellige typer scanningssondemikroskop, der primært adskiller sig med hensyn til interaktionen mellem sonden og prøven. Udgangspunktet var skanningstunnelmikroskopien, som i 1982 for første gang muliggjorde en atomopløst repræsentation af elektrisk ledende overflader. I løbet af de følgende år udvikledes adskillige andre scanningssondemikroskopimetoder.
Med scannetunnelmikroskopet påføres en spænding mellem overfladen af prøven og spidsen. Tunnelstrømmen måles mellem prøven og spidsen, som heller ikke må berøre. I 1984 fremkom optisk nærfeltmikroskopi. Her sendes lys gennem prøven fra en sonde. I atomkraftmikroskopet afbøjes sonden ved hjælp af atomkrafter. Normalt bruges de såkaldte van der Waals-kræfter. Afbøjningen af sonden har et forholdsmæssigt forhold til kraften, der bestemmes i henhold til fjederkonstanten af sonden.
Atomkraftmikroskopi blev udviklet i 1986. I begyndelsen arbejdede atomkraftmikroskoper på basis af en tunnelspids, der fungerer som en detektor. Denne tunnelspids bestemmer den faktiske afstand mellem prøveoverfladen og sensoren. Teknologien bruger den tunnelspænding, der findes mellem bagsiden af sensoren og detekteringsspidsen.
I dag er denne metode stort set blevet erstattet af detektionsprincippet med detektion ved hjælp af en laserstråle, der fungerer som en lysmarkør. Dette er også kendt som et laserkraftmikroskop. Derudover blev der udviklet et magnetisk kraftmikroskop, hvor magnetiske kræfter mellem sonden og prøven tjener som grundlag for bestemmelse af de målte værdier.
I 1986 blev det scannende termiske mikroskop også udviklet, hvor en lille sensor fungerer som en scanningsonde. Der er også et såkaldt optisk scanning nærfeltmikroskop, hvor samspillet mellem sonde og prøve består af glødende bølger.
Struktur og funktionalitet
I princippet har alle typer scanningssonden mikroskoper fælles, at de scanner overfladen af prøven i et gitter. Interaktionen mellem sonden fra mikroskopet og overfladen af prøven anvendes. Denne vekselvirkning varierer afhængigt af typen af scanningsprobe-mikroskop. Sonden er enorm sammenlignet med prøven, der undersøges, og alligevel er den i stand til at bestemme de små overfladefunktioner af prøven. Det forreste atom i spidsen af sonden er især relevant på dette tidspunkt.
Ved hjælp af scanning-mikroskopi er opløsninger på op til 10 picometre mulige. Til sammenligning: størrelsen af atomer ligger i intervallet 100 picometers. Nøjagtigheden af lysmikroskoper er begrænset af bølgelængden af lyset. Af denne grund er det kun muligt med opløsninger på omkring 200 til 300 nanometer med denne type mikroskop. Dette svarer til omtrent halvdelen af bølgelængden af lys. Derfor bruges elektronstråler i stedet for lys i et scannende elektronmikroskop. Ved at øge energien kan bølgelængden i teorien gøres så kort som ønsket. Imidlertid vil en for lille bølgelængde ødelægge prøven.
Medicinske og sundhedsmæssige fordele
Ved hjælp af et scanning-sondemikroskop er det ikke kun muligt at scanne overfladen af en prøve. I stedet kan individuelle atomer også fjernes fra prøven og deponeres igen på et specificeret sted.
Siden begyndelsen af 1980'erne er udviklingen af scanning-sondemikroskopi hurtigt fremskredt. De nye muligheder for forbedret opløsning på langt mindre end et mikrometer var en vigtig forudsætning for fremskridt inden for nanovidenskab og nanoteknologi. Denne udvikling er især sket siden 1990'erne.
Baseret på de grundlæggende metoder til scanning af probemikroskopi er mange andre undermetoder i dag delt. Disse drager fordel af forskellige typer interaktion mellem sondespidsen og prøveoverfladen.
Scanningssonden mikroskop spiller en væsentlig rolle inden for forskningsområder såsom nano-kemi, nanobiologi, nanobiokemi og nanomedicin. Scanningssonden mikroskoper bruges endda til at udforske andre planeter såsom Mars.
Scanningssonden mikroskoper bruger en speciel positionering teknik baseret på den såkaldte piezo-effekt. Apparatet til at bevæge sonden styres af computeren og muliggør meget nøjagtig positionering. Dette gør det muligt at scanne prøvernes overflader på en kontrolleret måde, og måleresultaterne kan kombineres til et ekstremt højopløsningsdisplay.
