مقال واحد ليأخذك إلى فهم تاريخ تطوير المجهر المسح الضوئي

تاريخ المجهر الماسح بالإبرة (SPM) هو تقدم علمي ملحوظ، يضع الأساس للعلوم النانوية وتكنولوجيا النانو. منذ الثمانينيات، لم يؤدِ ظهور SPM والحفاظ عليه إلى تمكين العلماء من مراقبة المواد والتلاعب بها بدقة ذرية وجزيئية فحسب، بل شجع أيضًا البحث في العديد من المجالات ذات الصلة. فيما يلي المعالم الرئيسية في تطوير SPM:

1981: اخترع عالما الفيزياء الألمان جيرد بينينج وهاينريش روهرر المجهر النفقي الماسح (STM) في مختبر أبحاث IBM في زيورخ. مثل اختراع STM بداية المجهر الماسح بالإبرة.^[1]

بينينج.

لوريل

أول مجهر نفقي ماسح في العالم^[2]

1986: حصل بينينج ولوريل على جائزة نوبل في الفيزياء لاختراعهما STM. أظهر عملهم أنه يمكن تصوير STMs بدقة على المستوى الذري، مما يفتح فهمًا جديدًا لبنية المادة.

1989: أظهر علماء IBM تقنية قادرة على التلاعب بالذرات الفردية. باستخدام مجهر نفقي ماسح، قاموا بترتيب 35 ذرة زينون فردية على ركيزة بلورية باردة من النيكل، وتهجئة الأحرف الثلاثة للاختصار الخاص بالشركة. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها وضع الذرات بدقة على مستوى.^[3]

تهجئة "IBM" بـ 35 ذرة زينون"

1986: اخترع بينينج وكالفين كوات وكريستوف جيربر المجهر القوة الذرية (AFM). يمكن لـ AFM العمل على مواد غير موصلة، مما يوسع نطاق تطبيق تقنية SPM. [4] يستخدم AFM قوة فان دير فالز بين المسبار وسطح العينة للتصوير، ويمكن تشغيله في بيئات الفراغ والهواء والسائل، لذلك لديه مجموعة واسعة من التطبيقات في علوم المواد والبحوث البيولوجية.

أول مجهر قوة ذرية

رسم تخطيطي للمجهر القوة الذرية

1. المجهر القوة المغناطيسية (MFM): تم اختراع المجهر القوة المغناطيسية (MFM) في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات. باستخدام مسبار بطلاء مغناطيسي، يتفاعل مسبار القياس مع سطح العينة لتحقيق تصوير مجال مغناطيسي عالي الدقة على مستوى النانو. تسمح هذه الابتكارات للباحثين بالحصول على نظرة ثاقبة للخصائص المغناطيسية للمادة.

دراسة عيوب البنية الدقيقة بواسطة مجهر القوة المغناطيسية عالي المجال المغناطيسي منخفض الحرارة

2. المجهر القوة الكهروستاتيكية (EFM): اخترع المجهر القوة الكهروستاتيكية (EFM) بواسطة ستيفن كولبس (ستيفن كالب) وهورست ف. فالمير (هورست ف. هامان) في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات. يقيس التغيرات في القوة الكهروستاتيكية من خلال المسابير المشحونة ويدرك التصوير الكهربائي عالي الدقة على مستوى النانو. يستخدم EFM على نطاق واسع في دراسة المواد شبه الموصلة وأجهزة تخزين الشحن والإلكترونيات النانوية.

المجهر البصري الماسح بالقرب من المجال (NSOM أو SNOM): اخترع المجهر البصري بالقرب من المجال (NSOM) بواسطة إريك بيتزيج وجون تراوتمان في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات. يستخدم NSOM مسبارًا بصريًا من الألياف مع فتحة دون طول الموجة لالتقاط صور بصرية عالية الدقة عن طريق حصر الضوء في منطقة صغيرة جدًا ومسح سطح العينة. يستخدم على نطاق واسع في علوم المواد والبيولوجيا والكيمياء وأبحاث أشباه الموصلات.

المبادئ العامة لـ NSOM

1. دقة عالية وحساسية عالية: مع تطوير تقنية المسبار ونظام التحكم وتقنية معالجة البيانات، يتم تحسين دقة وحساسية SPM باستمرار.

2. مسبار متعدد الوظائف: تم تطوير مسابير ذات خصائص كيميائية أو ميكانيكية أو مغناطيسية أو ميكانيكية محددة، مما يسمح بتوصيف ومعالجة أكثر تنوعًا لـ SPMs.

3. التصوير متعدد الأوضاع: جنبًا إلى جنب مع أوضاع التصوير المتعددة، يمكن الحصول على معلومات متعددة عن خصائص العينة في وقت واحد.

الجمع بين أوضاع متعددة من المجهر الماسح بالإبرة

4. التصوير على مستوى الرقاقة: مع الزيادة الكبيرة في حجم الدوائر المتكاملة، يجب تصوير العينات الكبيرة.

رقاقة مصنعة على رقاقة

5. التطبيق في علم الأحياء: يستخدم SPM على نطاق واسع في دراسة الجزيئات والخلايا البيولوجية، والتي يمكن أن تلاحظ بشكل مباشر بنية وعملية ديناميكية للجزيئات البيولوجية الكبيرة.

لا تزال تقنية المجهر الماسح بالإبرة تتطور وتظهر تقنيات وتطبيقات جديدة. تدعم المجاهر القوة الذرية متعددة الوظائف والمجاهر القوة الذرية على مستوى الرقاقة التي طورتها Zhiguo Precision Instruments توصيف العينات كبيرة الحجم، ووظائف التحليل المغناطيسي والكهروضغطي والمسح كيلفن والطور السائل المتكاملة، لديهمستوى ضوضاء منخفض للغاية، ولديهتحليل معالجة البيانات الذكية القائمة على التعلم العميق. سيستمر المستقبل في التركيز على دقة أعلى وسرعة تصوير أسرع وبحث معدات SPM متعددة الوظائف أقوى لتلبية احتياجات البحث العلمي والتطبيقات الصناعية.

المجهر القوة الذرية متعدد الوظائف AtomEdge الذي طورته شركة Zhizhen بشكل مستقل