Ένα άρθρο για να σας κατατοπίσει στην ιστορία της ανάπτυξης του μικροσκοπίου σάρωσης με ανιχνευτή

Η ιστορία του μικροσκοπίου σάρωσης (SPM) είναι μια αξιοσημείωτη επιστημονική πρόοδος, η οποία θέτει τα θεμέλια της νανοεπιστήμης και της νανοτεχνολογίας. Από τη δεκαετία του 1980, η εμφάνιση και η διατήρηση του SPM όχι μόνο επέτρεψαν στους επιστήμονες να παρατηρούν και να χειρίζονται υλικά με ατομική και μοριακή ακρίβεια, αλλά και προώθησαν την έρευνα σε πολλούς συναφείς τομείς. Ακολουθούν τα βασικά ορόσημα στην ανάπτυξη του SPM:

1981: Οι Γερμανοί φυσικοί Gerd Binnig και Heinrich Rohrer εφευρίσκουν το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) στο Ερευνητικό Εργαστήριο IBM Zurich. Η εφεύρεση του STM σηματοδότησε την έναρξη της μικροσκοπίας σάρωσης.^[1]

Binning.

Lorrell

Το πρώτο μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας στον κόσμο^[2]

1986: Οι Binnig και Lorrell λαμβάνουν το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την εφεύρεση του STM. Το έργο τους απέδειξε ότι τα STM μπορούν να απεικονιστούν σε ατομικό επίπεδο ανάλυσης, ανοίγοντας ένα νέο πεδίο κατανόησης της δομής της ύλης.

1989: Οι επιστήμονες της IBM επιδεικνύουν μια τεχνική ικανή να χειρίζεται μεμονωμένα άτομα. Χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας, τακτοποίησαν 35 μεμονωμένα άτομα ξένου σε ένα κρύο κρυσταλλικό υπόστρωμα νικελίου, σχηματίζοντας τα τρία γράμματα του ακρωνυμίου της εταιρείας. Αυτή είναι η πρώτη φορά που άτομα έχουν τοποθετηθεί με ακρίβεια σε ένα επίπεδο.^[3]

Γράψτε "IBM" με 35 άτομα ξένου"

1986: Οι Binnig, Calvin Quate και Christoph Gerber εφευρίσκουν το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM). Το AFM μπορεί να λειτουργήσει σε μη αγώγιμα υλικά, επεκτείνοντας το εύρος εφαρμογής της τεχνολογίας SPM. [4] Το AFM χρησιμοποιεί τη δύναμη van der Waals μεταξύ της ανιχνευτικής κεφαλής και της επιφάνειας του δείγματος για απεικόνιση και μπορεί να λειτουργήσει σε περιβάλλοντα κενού, αέρα και υγρού, επομένως έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στην επιστήμη των υλικών και τη βιολογική έρευνα.

Το πρώτο μικροσκόπιο ατομικής δύναμης

Σχηματικό διάγραμμα του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης

1. Μικροσκόπιο μαγνητικής δύναμης (MFM): Το μικροσκόπιο μαγνητικής δύναμης (MFM) εφευρέθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1980 και στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Χρησιμοποιώντας μια ανιχνευτική κεφαλή με μαγνητική επίστρωση, η ανιχνευτική κεφαλή μέτρησης αλληλεπιδρά με την επιφάνεια του δείγματος για την επίτευξη απεικόνισης μαγνητικού πεδίου νανοκλίμακας υψηλής ανάλυσης. Αυτή η καινοτομία επιτρέπει στους ερευνητές να αποκτήσουν γνώση των μαγνητικών ιδιοτήτων του υλικού.

Μελέτη ελαττωμάτων μικροδομής με μικροσκοπία μαγνητικής δύναμης χαμηλής θερμοκρασίας υψηλού μαγνητικού πεδίου

2. Μικροσκόπιο ηλεκτροστατικής δύναμης (EFM): Το μικροσκόπιο ηλεκτροστατικής δύναμης (EFM) εφευρέθηκε από τους Stephen Culps (Stephen Kalb) και Horst F. Falmer (Horst F.Hamann) στα τέλη της δεκαετίας του 1980 και στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Μετρά τις αλλαγές ηλεκτροστατικής δύναμης μέσω φορτισμένων ανιχνευτικών κεφαλών και πραγματοποιεί ηλεκτρική απεικόνιση νανοκλίμακας υψηλής ανάλυσης. Το EFM χρησιμοποιείται ευρέως στη μελέτη υλικών ημιαγωγών, συσκευών αποθήκευσης φορτίου και νανοηλεκτρονικής.

Μικροσκοπία οπτικής σάρωσης κοντινού πεδίου (NSOM ή SNOM): Το μικροσκόπιο οπτικής σάρωσης κοντινού πεδίου (NSOM) εφευρέθηκε από τους Eric Betzig και John Trautman στα τέλη της δεκαετίας του 1980 και στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Το NSOM χρησιμοποιεί μια ανιχνευτική κεφαλή οπτικών ινών με άνοιγμα υπο-μήκους κύματος για να καταγράψει οπτικές εικόνες υψηλής ανάλυσης περιορίζοντας το φως σε μια πολύ μικρή περιοχή και σαρώνοντας την επιφάνεια του δείγματος. Χρησιμοποιείται ευρέως στην επιστήμη των υλικών, τη βιολογία, τη χημεία και την έρευνα ημιαγωγών.

Γενικές αρχές του NSOM

1. Υψηλή ανάλυση και υψηλή ευαισθησία: Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας ανιχνευτικών κεφαλών, του συστήματος ελέγχου και της τεχνολογίας επεξεργασίας δεδομένων, η ανάλυση και η ευαισθησία του SPM βελτιώνονται συνεχώς.

2. Πολυλειτουργική ανιχνευτική κεφαλή: Αναπτύσσονται ανιχνευτικές κεφαλές με συγκεκριμένες χημικές, μηχανικές, μαγνητικές ή μηχανικές ιδιότητες, επιτρέποντας πιο ποικίλο χαρακτηρισμό και χειρισμό των SPM.

3. Πολυτροπική απεικόνιση: Σε συνδυασμό με πολλαπλές τρόπους απεικόνισης, μπορούν να ληφθούν ταυτόχρονα πολλαπλές πληροφορίες ιδιοτήτων του δείγματος.

Συνδυασμός πολλαπλών τρόπων μικροσκοπίας σάρωσης

4. Απεικόνιση επιπέδου γκοφρέτας: Με την δραματική αύξηση της κλίμακας των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, τα μεγάλα δείγματα πρέπει να απεικονιστούν.

Τσιπ κατεργασμένο σε γκοφρέτα

5. Εφαρμογή στη βιολογία: Το SPM χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στη μελέτη βιολογικών μορίων και κυττάρων, τα οποία μπορούν να παρατηρήσουν άμεσα τη δομή και τη δυναμική διαδικασία των βιολογικών μακρομορίων.

Η τεχνολογία της μικροσκοπίας σάρωσης εξελίσσεται ακόμη και νέες τεχνικές και εφαρμογές εμφανίζονται. Τα πολυλειτουργικά μικροσκόπια ατομικής δύναμης και τα μικροσκόπια ατομικής δύναμης κλίμακας γκοφρέτας που αναπτύχθηκαν από τα Zhiguo Precision Instruments υποστηρίζουν τον χαρακτηρισμό δειγμάτων μεγάλου μεγέθους καιΕνσωματωμένες μαγνητικές, πιεζοηλεκτρικές, σάρωσης Kelvin και λειτουργίες ανάλυσης υγρής φάσης, έχειΕξαιρετικά χαμηλό επίπεδο θορύβου, και έχειΑνάλυση ευφυούς επεξεργασίας δεδομένων με βάση τη βαθιά μάθηση. Το μέλλον θα συνεχίσει να επικεντρώνεται σε υψηλότερη ανάλυση, ταχύτερη ταχύτητα απεικόνισης και ισχυρότερη πολυλειτουργική έρευνα εξοπλισμού SPM για την κάλυψη των αναγκών της επιστημονικής έρευνας και των βιομηχανικών εφαρμογών.

Πολυλειτουργικό μικροσκόπιο ατομικής δύναμης AtomEdge που αναπτύχθηκε ανεξάρτητα από την Zhizhen Company