Memindai mikroskop probe

Di bawah istilah Memindai mikroskop probe Ada sejumlah mikroskop dan metode pengukuran terkait yang digunakan untuk menganalisis permukaan. Oleh karena itu, teknik ini merupakan bagian dari fisika permukaan dan antarmuka. Mikroskop probe pemindaian dicirikan bahwa probe pengukur dipandu di atas permukaan pada jarak yang kecil.

Apa itu mikroskop probe scanning?

Semua jenis mikroskop di mana gambar dibuat sebagai hasil dari interaksi antara probe dan sampel disebut sebagai scanning probe microscopes. Ini membedakan metode ini dari mikroskop cahaya dan mikroskop elektron scanning. Baik lensa optik maupun lensa optik elektron digunakan di sini.

Dengan mikroskop probe pemindaian, permukaan sampel dipindai sedikit demi sedikit dengan bantuan probe. Dengan cara ini, nilai terukur diperoleh untuk setiap titik individu, yang kemudian digabungkan untuk membuat gambar digital.

Metode probe pemindaian pertama kali dikembangkan dan disajikan pada tahun 1981 oleh Rohrer dan Binnig. Ini didasarkan pada efek terowongan yang muncul antara ujung logam dan permukaan konduktif. Efek ini membentuk dasar untuk semua metode mikroskop probe pemindaian yang dikembangkan kemudian.

Bentuk, tipe & tipe

Ada berbagai jenis mikroskop probe pemindaian, yang berbeda terutama dalam hal interaksi antara probe dan sampel. Titik awalnya adalah scanning tunneling microscopy, yang pada tahun 1982 untuk pertama kalinya memungkinkan representasi permukaan konduktif listrik yang diselesaikan secara atomik. Selama tahun-tahun berikutnya berbagai metode mikroskop probe pemindaian dikembangkan.

Dengan mikroskop penerowongan pemindaian, tegangan diterapkan antara permukaan sampel dan ujung. Arus terowongan diukur antara sampel dan ujung, yang juga tidak boleh disentuh. Pada tahun 1984 mikroskop medan dekat optik muncul. Di sini cahaya dikirim melalui sampel dari probe. Dalam mikroskop gaya atom, probe dibelokkan dengan menggunakan gaya atom. Biasanya yang disebut gaya van der Waals digunakan. Defleksi probe memiliki hubungan proporsional dengan gaya, yang ditentukan sesuai dengan konstanta pegas probe.

Mikroskopi gaya atom dikembangkan pada tahun 1986. Pada awalnya, mikroskop gaya atom bekerja di atas dasar ujung terowongan yang berfungsi sebagai detektor. Ujung terowongan ini menentukan jarak aktual antara permukaan sampel dan sensor. Teknologi ini memanfaatkan tegangan terowongan yang ada di antara bagian belakang sensor dan ujung deteksi.

Saat ini, metode ini telah banyak digantikan oleh prinsip pendeteksian, dengan pendeteksian menggunakan sinar laser yang berfungsi sebagai penunjuk cahaya. Ini juga dikenal sebagai mikroskop gaya laser. Selain itu, mikroskop gaya magnet dikembangkan di mana gaya magnet antara probe dan sampel berfungsi sebagai dasar untuk menentukan nilai yang diukur.

Pada tahun 1986 mikroskop termal pemindaian juga dikembangkan, di mana sebuah sensor kecil berfungsi sebagai alat pemindai. Ada juga yang disebut mikroskop medan dekat pemindaian optik, di mana interaksi antara probe dan sampel terdiri dari gelombang cepat.

Struktur & fungsionalitas

Pada prinsipnya, semua jenis mikroskop probe pemindaian memiliki kesamaan yaitu mereka memindai permukaan sampel dalam sebuah kisi. Interaksi antara probe mikroskop dan permukaan sampel digunakan. Interaksi ini berbeda-beda tergantung pada jenis mikroskop probe pemindaian. Probe ini sangat besar dibandingkan dengan sampel yang sedang diperiksa, namun mampu menentukan fitur permukaan kecil dari sampel. Atom terdepan di ujung probe sangat relevan pada saat ini.

Dengan bantuan pemindaian mikroskop probe, resolusi hingga 10 pikometer dimungkinkan. Sebagai perbandingan: ukuran atom berada pada kisaran 100 pikometer. Akurasi mikroskop cahaya dibatasi oleh panjang gelombang cahaya. Untuk alasan ini, hanya resolusi sekitar 200 hingga 300 nanometer yang dimungkinkan dengan mikroskop jenis ini. Ini sesuai dengan kira-kira setengah panjang gelombang cahaya. Oleh karena itu, berkas elektron digunakan sebagai pengganti cahaya dalam pemindaian mikroskop elektron. Dengan meningkatkan energi, panjang gelombang secara teori dapat dibuat sesingkat yang diinginkan. Namun, panjang gelombang yang terlalu kecil akan menghancurkan sampel.

Manfaat medis & kesehatan

Dengan bantuan mikroskop scanning probe, tidak hanya mungkin untuk memindai permukaan sampel. Sebaliknya, atom individu juga dapat dikeluarkan dari sampel dan disimpan kembali di lokasi yang ditentukan.

Sejak awal 1980-an, perkembangan scanning probe microscopy telah berkembang pesat. Kemungkinan baru untuk meningkatkan resolusi jauh lebih kecil dari satu mikrometer merupakan prasyarat penting untuk kemajuan dalam nanosciences dan nanoteknologi Perkembangan ini telah terjadi terutama sejak tahun 1990-an.

Berdasarkan metode dasar pemindaian mikroskop probe, banyak sub-metode lain yang saat ini dibagi. Ini memanfaatkan berbagai jenis interaksi antara ujung probe dan permukaan sampel.

Memindai mikroskop probe memainkan peran penting dalam bidang penelitian seperti nanochemistry, nanobiology, nanobiochemistry dan nanomedicine. Mikroskop probe pemindaian bahkan digunakan untuk menjelajahi planet lain seperti Mars.

Mikroskop probe pemindaian menggunakan teknik penentuan posisi khusus berdasarkan apa yang disebut efek piezo. Peralatan untuk memindahkan probe dikendalikan oleh komputer dan memungkinkan pemosisian yang sangat presisi. Hal ini memungkinkan permukaan sampel dipindai dengan cara yang terkontrol dan hasil pengukuran digabungkan menjadi tampilan resolusi sangat tinggi.