Die Prinzipien und Struktur von Rastersondenmikroskopen
Das grundlegende Funktionsprinzip eines Rastersondenmikroskops besteht darin, die Wechselwirkungen zwischen der Sonde und den Atommolekülen auf der Oberfläche der Probe zu nutzen, d. Das Rastersondenmikroskop besteht aus fünf Teilen: Sonde, Scanner, Wegsensor, Controller, Detektionssystem und Bildgebungssystem.
Der Controller verwendet einen Scanner, um die Probe in vertikaler Richtung zu bewegen, um den Abstand (oder die physikalische Wechselwirkungsgröße) zwischen der Sonde und der Probe auf einem festen Wert zu stabilisieren. Bewegen Sie die Probe gleichzeitig in der horizontalen x-y-Ebene, sodass die Sonde die Oberfläche der Probe entlang des Scanpfads abtastet. Das Rastersondenmikroskop erfasst die relevanten physikalischen Größensignale der Wechselwirkung zwischen der Sonde und der Probe im Detektionssystem und behält dabei einen stabilen Abstand zwischen der Sonde und der Probe bei. Bei stabiler Wechselwirkung physikalischer Größen wird der Abstand zwischen Sonde und Probe durch einen Wegsensor in vertikaler Richtung erfasst. Das Bildgebungssystem führt eine Bildverarbeitung auf der Oberfläche der Probe basierend auf dem Detektionssignal (oder dem Abstand zwischen Sonde und Probe) durch.
Rastersondenmikroskope werden aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Wechselwirkungsfelder zwischen den verwendeten Sonden und der Probe in verschiedene Mikroskopserien eingeteilt. Rastertunnelmikroskop (STM) und Rasterkraftmikroskop (AFM) sind zwei häufig verwendete Arten von Rastersondenmikroskopen. Das Rastertunnelmikroskop erkennt die Oberflächenstruktur einer Probe, indem es die Stärke des Tunnelstroms zwischen der Sonde und der zu untersuchenden Probe misst. Bei der Rasterkraftmikroskopie wird ein fotoelektrischer Verschiebungssensor verwendet, um die Verformung des Mikroauslegers zu erfassen, die durch die Wechselwirkungskraft zwischen der Nadelspitze und der Probe (die entweder anziehend oder abstoßend sein kann) verursacht wird, um die Oberfläche der Probe zu erfassen.
