Um artigo para levar você a entender a história do desenvolvimento do microscópio de sonda de varredura

A história do Microscópio de Sonda de Varredura (SPM) é um progresso científico notável, que estabelece a base da nanociência e da nanotecnologia. Desde a década de 1980, o surgimento e a preservação do SPM não só permitiram aos cientistas observar e manipular materiais com precisão atômica e molecular, mas também promoveram a pesquisa em muitos campos relacionados. Os seguintes são os principais marcos no desenvolvimento do SPM:

1981: Os físicos alemães Gerd Binnig e Heinrich Rohrer inventam o microscópio de tunelamento por varredura (STM) no Laboratório de Pesquisa IBM Zurich. A invenção do STM marcou o início da microscopia de sonda de varredura.^[1]

Binning.

Lorrell

O primeiro microscópio de tunelamento por varredura do mundo^[2]

1986: Binnig e Lorrell recebem o Prêmio Nobel de Física por sua invenção do STM. Seu trabalho demonstrou que os STMs podem ser imageados com resolução em nível atômico, abrindo um novo entendimento da estrutura da matéria.

1989: Cientistas da IBM demonstram uma técnica capaz de manipular átomos individuais. Usando um microscópio de tunelamento por varredura, eles organizaram 35 átomos individuais de xenônio em um substrato de cristal frio de níquel, soletrando as três letras da sigla da empresa. Esta é a primeira vez que átomos foram precisamente posicionados em um plano.^[3]

Soletrar "IBM" com 35 átomos de xenônio"

1986: Binnig, Calvin Quate e Christoph Gerber inventam o microscópio de força atômica (AFM). O AFM pode trabalhar em materiais não condutores, expandindo a gama de aplicações da tecnologia SPM. [4] O AFM usa a força de van der Waals entre a sonda e a superfície da amostra para imageamento, e pode ser operado em vácuo, ar e ambientes líquidos, por isso tem uma ampla gama de aplicações em ciência dos materiais e pesquisa biológica.

O primeiro microscópio de força atômica

Diagrama esquemático do microscópio de força atômica

1. Microscópio de força magnética (MFM): O microscópio de força magnética (MFM) foi inventado no final da década de 1980 e início da década de 1990. Ao usar uma sonda com um revestimento magnético, a sonda de medição interage com a superfície da amostra para obter imagem de domínio magnético de alta resolução em nanoescala. Esta inovação permite que os pesquisadores obtenham informações sobre as propriedades magnéticas do material.

Estudo sobre Defeitos de Microestrutura por Microscopia de Força Magnética de Campo Magnético Alto e Baixa Temperatura

2. Microscópio de força eletrostática (EFM): O microscópio de força eletrostática (EFM) foi inventado por Stephen Culps (Stephen Kalb) e Horst F. Falmer (Horst F.Hamann) no final da década de 1980 e início da década de 1990. Ele mede as mudanças de força eletrostática através de sondas carregadas e realiza imagem elétrica de alta resolução em nanoescala. O EFM é amplamente utilizado no estudo de materiais semicondutores, dispositivos de armazenamento de carga e nanoeletrônica.

Microscopia óptica de varredura de campo próximo (NSOM ou SNOM): O microscópio óptico de campo próximo (NSOM) foi inventado por Eric Betzig e John Trautman no final da década de 1980 e início da década de 1990. O NSOM usa uma sonda de fibra óptica com uma abertura sub-comprimento de onda para capturar imagens ópticas de alta resolução, confinando a luz em uma área muito pequena e varrendo a superfície da amostra. É amplamente utilizado em ciência dos materiais, biologia, química e pesquisa de semicondutores.

Princípios Gerais do NSOM

1. Alta resolução e alta sensibilidade: Com o desenvolvimento da tecnologia de sonda, sistema de controle e tecnologia de processamento de dados, a resolução e a sensibilidade do SPM são continuamente aprimoradas.

2. Sonda multifuncional: Sondas com propriedades químicas, mecânicas, magnéticas ou mecânicas específicas são desenvolvidas, permitindo uma caracterização e manipulação mais diversas dos SPMs.

3. Imageamento multimodo: Combinado com múltiplas modalidades de imagem, múltiplas informações de propriedade da amostra podem ser obtidas simultaneamente.

Modos múltiplos combinados de microscopia de sonda de varredura

4. Imageamento em nível de wafer: Com o aumento dramático na escala de circuitos integrados, amostras grandes precisam ser imageadas.

Chip usinado em wafer

5. Aplicação em biologia: O SPM é cada vez mais utilizado no estudo de moléculas e células biológicas, o que pode observar diretamente a estrutura e o processo dinâmico de macromoléculas biológicas.

A tecnologia da microscopia de sonda de varredura ainda está evoluindo e novas técnicas e aplicações estão surgindo. Microscópios de força atômica multifuncionais e microscópios de força atômica em escala de wafer desenvolvidos pela Zhiguo Precision Instruments suportam a caracterização de amostras de grande porte, eFunções integradas de análise magnética, piezoelétrica, Kelvin de varredura e fase líquida, temNível de ruído extremamente baixo, e temAnálise de Processamento Inteligente de Dados Baseada em Aprendizado Profundo. O futuro continuará a se concentrar em maior resolução, velocidade de imagem mais rápida e pesquisa de equipamentos SPM multifuncionais mais fortes para atender às necessidades de pesquisa científica e aplicações industriais.

Microscópio de força atômica multifuncional AtomEdge desenvolvido independentemente pela Zhizhen Company