مقاله شماره 123: میکروسکوپ پروب روبشی (SPM)

[m4material]

هو العليم

میکروسکوپ پروب روبشی (SPM)
​

مقدمه

در گستره علم و پژوهش، ميكروسكوپ‌هاي فراواني به منظور مشاهده سطوح مواد مورد استفاده قرار مي‌گيرند. يكي از مهمترين ابزار جديد، ميكروسكوپ‌هاي رويشي با پروب Scanning Probe Microscopy با عنوان اختصاري SPM هستند كه خدمت شاياني را به محققين ارايه مي‌نمايند. SPM ابزاري بي‌نظير و در دسترس براي بررسي مواد درمقياس‌هاي اتمي است. اين دستگاه از فن‌آوري‌هاي قرن بيستم بوده و تحول بزرگي رادر علم متالوژي پديد آورده است.
SPM در واقع روشي ميكروسكوپي در ريزبيني اجسام است كه در آن سطح نمونه توسط يك سوزن نوك تيز يا پروب كه نوك آن به صورت تك اتمي است روبش مي‌شود. اين سوزن روبنده به خاطر ابعاد بسيار كوچك خود مي‌تواند كوچكترين پستي يا بلندي موجود در سطح را (در حد نانومتر) خحس نموده به وسيله دستگاه ردياب براي استفاده كننده ارسال نمايد.
بسته به اين كه اطلاعات گرفته شده توسط سوزن با چه مكانيزمي براي انسان قابل دريافت باشد دو سيستم ميكروسكوپي بوجود آمد. يكي از اين سيستم‌ها از خاصيت الكتريكي اجسام بهره گرفته با توليد يك جريان الكتروني تونلي و تغييرات آن دراثر نوسان سوزن روي سطح اطلاعات را دريافت مي‌كند و ديگري با تابانيدن نور ليزر و بررسي ميزان تغييرات بازتاب ان را دراثر نوسانات سوزن در روي سطح اين كار را انجام مي‌دهد.

اولين روش با توجه به نحوه كار آن كه به وسيله ايجاد جريان تونلي از الكترون‌هاست با نام ميكروسكوپ تونلي روبشي Scanning Tunneling Microscopy يا STM نامگذاري شده است.

روش دوم نيز با توجه به نوع ارتباط سوزن با سطح كه توسط نيروهاي بين اتمي است ميكروسكوپ نيروي اتمي Atomic Force Microscopy يا AFM نام گرفته است اين دو ميكروسكوپ با وجود تشابهات فراوان حايز تفاوت‌هايي نيز هستند. از بارزترين تفاوت‌هاي روش‌هاي مذكور در اين است كه نمونه در STM حايز پايداري مكانيكي و در AFM داراي هدايت الكتريكي است .

درشكل زیر تصاوير بدست آمده از ترك‌هاي يك لايه اكسيد كه با SEM ، STM ، AFM تهيه شده با هم مقايسه گرديده است.

​

ميكروسكوپ STM براي اولين بار در سال 1982 توسط Binnig مطرح گرديد. او توانست به خاطر همين اختراع جايزه نوبل را تصاحب نمايد اين وسيله امكان بررسي هر اتم موجود بر روي سطح و بررسي خواد مواد درحد تفكيك فضايي نانومتر را در اختيار محققان قرار دهد. اين وسيله را ميكروسكوپ بدون عدسي نيز مي‌نامند. همه ساله چندين مقاله و مطلب علمي در باب توانايي‌هاي STM در علم و فن‌آوري ارايه مي‌شود. STM هم اكنون به يكي از معمول‌ترين روش‌هاي مورد استفاده در آزمايشگاه‌هاي فيزيك تبديل شده و تصاوير متحيركننده‌اي را به پژوهشگران ارايه مي‌دهد.

AFMرا مي‌توان دومين اختراع Binnig برشمرد كه به تحقيقات دانشگاه استانفورد و همراهي Quate وGeber باز مي‌گردد (1986). اين اختراع وي از اهميت ويژه‌اي برخوردار بوده و از آن براي تصويربرداري با محدوده ديناميك وسيع استفاده‌هاي شاياني به عمل مي‌آيد. قلمرو به كارگيري اين ميكروسكوپ محدوده‌هاي ميكروسكوپ‌هاي نوري و الكتروني را نيز شامل مي‌شود. اين ميكروسكو‌پ در مطالعه خواص سطحي نمونه‌ها از سطح اتمي تا ميكرومتري و نانومتري نيز به كار مي‌رود.

از جمله كاربردهاي ويژه ميكروسكوپ‌هاي SPM مي‌توان بررسي خواص فيزيكي، هدايت الكتريكي، توزيع بار الكتريكي- استاتيكي، تمركز تنش، ميدان‌هاي مغناطيسي، مدول الاستيسيته، ريزسختي سنجي و .... را برشمرد.


منبع:

http://edu.nano.ir/index.php/articles/show/486