Одна статья, которая поможет вам понять историю развития сканирующего зондного микроскопа

История сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) - это выдающийся научный прогресс, который заложил основу нанонауки и нанотехнологий. С 1980-х годов появление и развитие СЗМ не только позволило ученым наблюдать и манипулировать материалами с атомной и молекулярной точностью, но и способствовало исследованиям во многих смежных областях. Ниже приведены основные этапы развития СЗМ:

1981 год: Немецкие физики Герд Бинниг и Генрих Рорер изобрели сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) в исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе. Изобретение СТМ ознаменовало начало сканирующей зондовой микроскопии.^[1]

Биннинг.

Лорелл

Первый в мире сканирующий туннельный микроскоп^[2]

1986 год: Бинниг и Лорелл получают Нобелевскую премию по физике за изобретение СТМ. Их работа продемонстрировала, что СТМ может получать изображения с разрешением на атомном уровне, открывая новое понимание структуры материи.

1989 год: Ученые IBM демонстрируют метод, способный манипулировать отдельными атомами. Используя сканирующий туннельный микроскоп, они расположили 35 отдельных атомов ксенона на холодном кристаллическом субстрате никеля, выкладывая три буквы аббревиатуры компании. Это первый случай, когда атомы были точно позиционированы на плоскости.^[3]

Выложить "IBM" с помощью 35 атомов ксенона"

1986 год: Бинниг, Кальвин Куэйт и Кристоф Гербер изобрели атомно-силовой микроскоп (АСМ). АСМ может работать с непроводящими материалами, расширяя область применения технологии СЗМ. [4] АСМ использует силу Ван-дер-Ваальса между зондом и поверхностью образца для получения изображения и может работать в вакууме, воздухе и жидких средах, поэтому он имеет широкий спектр применений в материаловедении и биологических исследованиях.

Первый атомно-силовой микроскоп

Схематическая диаграмма атомно-силового микроскопа

1. Магнитно-силовой микроскоп (МСМ): Магнитно-силовой микроскоп (МСМ) был изобретен в конце 1980-х и начале 1990-х годов. Используя зонд с магнитным покрытием, измерительный зонд взаимодействует с поверхностью образца для получения наномасштабного изображения магнитных доменов с высоким разрешением. Эта инновация позволяет исследователям получить представление о магнитных свойствах материала.

Исследование дефектов микроструктуры с помощью низкотемпературной магнитно-силовой микроскопии в сильном магнитном поле

2. Электростатический силовой микроскоп (ЭСМ): Электростатический силовой микроскоп (ЭСМ) был изобретен Стивеном Калпом (Stephen Kalb) и Хорстом Ф. Хаманном (Horst F.Hamann) в конце 1980-х и начале 1990-х годов. Он измеряет изменения электростатической силы с помощью заряженных зондов и реализует наномасштабное электрическое изображение с высоким разрешением. ЭСМ широко используется в исследовании полупроводниковых материалов, устройств хранения заряда и наноэлектроники.

Ближнепольная сканирующая оптическая микроскопия (БСОМ или СНОМ): Ближнепольный оптический микроскоп (БСОМ) был изобретен Эриком Бетцигом и Джоном Траутманом в конце 1980-х и начале 1990-х годов. БСОМ использует оптоволоконный зонд с апертурой меньше длины волны для получения оптических изображений с высоким разрешением, ограничивая свет в очень маленькой области и сканируя поверхность образца. Он широко используется в материаловедении, биологии, химии и исследованиях полупроводников.

Общие принципы БСОМ

1. Высокое разрешение и высокая чувствительность: С развитием технологии зондов, системы управления и технологии обработки данных разрешение и чувствительность СЗМ постоянно улучшаются.

2. Многофункциональный зонд: Разработаны зонды со специфическими химическими, механическими, магнитными или механическими свойствами, что позволяет проводить более разнообразную характеристику и манипулирование СЗМ.

3. Многорежимная визуализация: В сочетании с несколькими режимами визуализации можно одновременно получать информацию о нескольких свойствах образца.

Сочетание нескольких режимов сканирующей зондовой микроскопии

4. Визуализация на уровне пластин: С резким увеличением масштаба интегральных схем необходимо получать изображения больших образцов.

Микросхема, обработанная на пластине

5. Применение в биологии: СЗМ все шире используется в исследовании биологических молекул и клеток, что позволяет непосредственно наблюдать структуру и динамический процесс биологических макромолекул.

Технология сканирующей зондовой микроскопии продолжает развиваться, появляются новые методы и приложения. Многофункциональные атомно-силовые микроскопы и атомно-силовые микроскопы для пластин, разработанные Zhiguo Precision Instruments, поддерживают характеристику образцов большого размера, а такжеИнтегрированные функции магнитного, пьезоэлектрического, сканирующего Кельвина и анализа в жидкой фазе, имеетЧрезвычайно низкий уровень шума, и имеетАнализ интеллектуальной обработки данных на основе глубокого обучения. В будущем основное внимание будет уделено более высокому разрешению, более высокой скорости визуализации и более мощным многофункциональным исследованиям оборудования СЗМ для удовлетворения потребностей научных исследований и промышленных применений.

Многофункциональный атомно-силовой микроскоп AtomEdge, независимо разработанный компанией Zhizhen