Skaneeriva sondi mikroskoobi põhimõte ja struktuur
Skaneeriva sondi mikroskoopia põhitööpõhimõte on kasutada sondi ja proovi pinnaaatomite ja molekulide vahelist interaktsiooni, st erinevate interaktsioonide füüsikalisi välju, mis tekivad siis, kui sond ja proovi pind on nanoskaala lähedal ning mis saadakse vastavate füüsikaliste suuruste tuvastamisel Proovi pinna morfoloogia. Skaneeriva sondi mikroskoop koosneb peamiselt viiest osast: sond, skanner, nihkeandur, kontroller, tuvastussüsteem ja pildisüsteem.
Kontroller liigutab proovi vertikaalsuunas läbi skanneri, nii et sondi ja proovi vaheline kaugus (või interaktsiooni füüsiline suurus) stabiliseerub kindla väärtuse juures; samal ajal liigutatakse proovi xy horisontaaltasandil nii, et sond järgiks skaneerimist. Tee skaneerib proovi pinda. Skaneeriva sondi mikroskoopia korral, kui sondi ja proovi vaheline kaugus on stabiilne, tuvastab tuvastussüsteem sondi ja proovi vahelise interaktsiooni asjakohase füüsilise koguse signaali; kui interaktsiooni füüsiline suurus on stabiilne, tuvastab selle nihkeandur vertikaalsuunas Sondi ja proovi vaheline kaugus. Pildisüsteem teostab kujutise töötlemist, näiteks pildistamist proovi pinnal, vastavalt tuvastamissignaalile (või sondi ja proovi vahelisele kaugusele).
Skaneeriva sondi mikroskoobid jagunevad erinevateks mikroskoopideks vastavalt sondi ja proovi vahelise interaktsiooni erinevatele füüsikalistele väljadele. Nende hulgas on skaneeriv tunnelmikroskoop (STM) ja aatomjõumikroskoop (AFM) kahte tüüpi skaneeriva sondi mikroskoopi, mida sagedamini kasutatakse. Skaneeriv tunnelmikroskoop tuvastab proovi pinnastruktuuri, tuvastades sondi ja uuritava proovi vahelise tunnelivoolu suuruse. Aatomjõumikroskoop tuvastab proovi pinna, tuvastades fotoelektrilise nihkeanduriga mikrokonsooli deformatsiooni, mis on põhjustatud otsa ja proovi vastastikusest jõust (mis võib olla atraktiivne või tõrjuv).
Skaneerivate sondimikroskoopide omadused
Skaneeriva sondi mikroskoopia on kolmas mikroskoop aine struktuuri jälgimiseks aatomi skaalal pärast väljaioonmikroskoopiat ja kõrge eraldusvõimega elektronmikroskoopiat. Võttes näiteks skaneeriva tunnelmikroskoobi (STM), on selle külgmine eraldusvõime 0,1~0,2 nm ja vertikaalne sügavuslahutus on 0,01 nm. Selline eraldusvõime võib selgelt jälgida üksikuid aatomeid või molekule, mis on jaotunud proovi pinnal. Samal ajal saab skaneeriva sondi mikroskoopiga läbi viia ka vaatlusuuringuid õhus, muudes gaasides või vedelas keskkonnas.
Skaneerivatel sondimikroskoopidel on aatomi eraldusvõime, aatomi transpordi ja nano-mikrotöötluse omadused. Erinevate skaneerivate mikroskoopide detailide erinevate tööpõhimõtete tõttu on aga nende saadud tulemustes kajastuv teave proovi pinnal väga erinev. Skaneeriv tunnelmikroskoopia mõõdab proovi pinnal olevate elektronjaamade jaotusinfot, millel on aatomitaseme eraldusvõime, kuid mis ei suuda siiski saada proovi tegelikku struktuuri. Aatommikroskoop tuvastab aatomitevahelise interaktsiooni informatsiooni, seega on võimalik saada proovipinna aatomijaotuse paigutusinfo ehk proovi tegelik struktuur. Kuid teisest küljest ei saa aatomjõumikroskoop mõõta elektroonilist olekuteavet, mida saab teooriaga võrrelda, seega on neil kahel oma eelised ja puudused.
