แนวคิด/หลักการ/โครงสร้าง/ลักษณะของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน
กล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกนเป็นคำทั่วไปสำหรับกล้องจุลทรรศน์โพรบชนิดใหม่ต่างๆ (กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม กล้องจุลทรรศน์แรงไฟฟ้าสถิต กล้องจุลทรรศน์แรงแม่เหล็ก พัฒนาเครื่องมือวิเคราะห์พื้นผิว
หลักการและโครงสร้างของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน
หลักการทำงานพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกนคือการใช้อันตรกิริยาระหว่างโพรบกับอะตอมและโมเลกุลที่พื้นผิวของตัวอย่าง นั่นคือ สนามทางกายภาพของอันตรกิริยาต่างๆ ที่เกิดขึ้นเมื่อโพรบและพื้นผิวตัวอย่างอยู่ใกล้ระดับนาโน และได้จากการตรวจหาปริมาณทางกายภาพที่สอดคล้องกัน ตัวอย่างสัณฐานวิทยาของพื้นผิว กล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนส่วนใหญ่ประกอบด้วยห้าส่วน: โพรบ สแกนเนอร์ ดิสเพลสเมนต์เซนเซอร์ ตัวควบคุม ระบบตรวจจับ และระบบภาพ
ตัวควบคุมจะเคลื่อนตัวอย่างในแนวตั้งผ่านเครื่องสแกน เพื่อให้ระยะห่างระหว่างโพรบและตัวอย่าง (หรือปริมาณปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพ) มีความเสถียรที่ค่าคงที่ ในเวลาเดียวกัน ตัวอย่างจะถูกย้ายในระนาบแนวนอน xy เพื่อให้โพรบติดตามการสแกน เส้นทางจะสแกนพื้นผิวตัวอย่าง ในกล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกน เมื่อระยะห่างระหว่างโพรบและตัวอย่างคงที่ ระบบตรวจจับจะตรวจจับสัญญาณปริมาณทางกายภาพที่เกี่ยวข้องของการทำงานร่วมกันระหว่างโพรบและตัวอย่าง เมื่อปริมาณทางกายภาพของอันตรกิริยาคงที่ เซนเซอร์ดิสเพลสเมนต์จะตรวจพบผ่านทิศทางแนวตั้ง ระยะห่างระหว่างโพรบกับตัวอย่าง ระบบภาพจะทำการประมวลผลภาพ เช่น การถ่ายภาพบนพื้นผิวของตัวอย่างตามสัญญาณการตรวจจับ (หรือระยะห่างระหว่างโพรบและตัวอย่าง)
กล้องจุลทรรศน์หัววัดแบบสแกนแบ่งออกเป็นชุดของกล้องจุลทรรศน์ที่แตกต่างกันตามฟิลด์ทางกายภาพที่แตกต่างกันของปฏิสัมพันธ์ระหว่างหัววัดและตัวอย่าง ในหมู่พวกเขา กล้องจุลทรรศน์อุโมงค์สแกน (STM) และกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) เป็นกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนสองประเภทที่ใช้กันทั่วไปมากกว่า กล้องจุลทรรศน์อุโมงค์สแกนตรวจจับโครงสร้างพื้นผิวของตัวอย่างโดยการตรวจจับขนาดของกระแสอุโมงค์ระหว่างโพรบและตัวอย่างที่จะทดสอบ กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมจะตรวจจับพื้นผิวของตัวอย่างโดยการตรวจจับการเสียรูปของคานยื่นขนาดเล็กซึ่งเกิดจากแรงกระทำระหว่างทิปกับตัวอย่าง (ซึ่งอาจดึงดูดหรือน่ารังเกียจ) โดยโฟโตอิเล็กทริกดิสเพลสเมนต์เซนเซอร์
คุณสมบัติของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน
กล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนเป็นกล้องจุลทรรศน์ตัวที่สามสำหรับการสังเกตโครงสร้างของสสารในระดับอะตอมรองจากกล้องจุลทรรศน์ไอออนภาคสนามและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง ยกตัวอย่าง Scanning Tunneling Microscope (STM) ความละเอียดด้านข้างคือ 0.1~0.2nm และความละเอียดความลึกแนวตั้งคือ 0.01nm ความละเอียดดังกล่าวสามารถสังเกตเห็นอะตอมหรือโมเลกุลเดี่ยวที่กระจายอยู่บนพื้นผิวของตัวอย่างได้อย่างชัดเจน ในขณะเดียวกัน กล้องจุลทรรศน์หัววัดแบบสแกนยังสามารถทำการวิจัยเชิงสังเกตการณ์ในอากาศ ก๊าซอื่นๆ หรือสภาพแวดล้อมที่เป็นของเหลว
กล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกนมีลักษณะเฉพาะของความละเอียดของอะตอม การขนส่งของอะตอม และการประมวลผลแบบนาโนไมโคร อย่างไรก็ตาม เนื่องจากหลักการทำงานที่แตกต่างกันของกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดแบบต่างๆ โดยละเอียด ข้อมูลบนพื้นผิวของตัวอย่างที่สะท้อนจากผลลัพธ์ที่ได้จากพวกมันจึงแตกต่างกันมาก กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกนจะวัดข้อมูลการกระจายของสถานีอิเล็กตรอนบนพื้นผิวของตัวอย่าง ซึ่งมีความละเอียดระดับอะตอมแต่ยังไม่สามารถหาโครงสร้างที่แท้จริงของตัวอย่างได้ กล้องจุลทรรศน์อะตอมตรวจจับข้อมูลปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอม จึงสามารถรับข้อมูลการจัดเรียงตัวของการกระจายตัวของอะตอมบนพื้นผิวตัวอย่างได้ นั่นคือ โครงสร้างที่แท้จริงของตัวอย่าง แต่ในทางกลับกัน กล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูไม่สามารถวัดข้อมูลสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถเทียบเคียงกับทฤษฎีได้ ดังนั้น ทั้งสองจึงมีข้อดีและข้อเสียต่างกันไป
