میکروسکوپ پروبی روبشی Scanning Probe Microscope

مزایای میکروسکوپ پروبی روبشی

• روشی غیر مخرب
• متریک بودن نتایج
• آزمایش نمونه های غیر هادی بدون کوتینگ
• آزمایش نمونه های زنده سلولی
• بررسی فرآیند نسبت به زمان
• قابلیت جابجا کردن اتم ها و سلول ها
• دقیق ترین روش اندازه گیری اختلاف ارتفاع

میکروسکوپ پروبی روبشی چیست؟

میکروسکوپ پروبی روبشی مجموعه‌ای از روش هایی است که سطح نمونه اندازه گیری میکند و دقت نانو و حتی آنگستروم دارد. تصاویری از یک خاصیت فیزیکی یا شیمیایی یا مکانیکی سطح یا توپوگرافی آن ارائه می‌دهد. نخستین نتیجه از سطح، معمولا توپوگرافی و شکل سطح است.

میکروسکوپ پروبی روبشی در ایران

شرکت مهار فن ابزار بعنوان تامین کننده محصولات کمپانی Semilab این فناوری را به مراکز علمی کشور جمهوری اسلامی ایران معرفی کرد. در همین راستا فعالیت های زیر صورت گرفت:

• ترجه و چاپ نخستین کتاب در زمینه میکروسکوپ پروبی روبشی
• انجام نخستین نانو لیتوگرافی فارسی
• راه اندازی آزمایشگاه میکروسکوپ پروبی روبشی جهت نمایش قدرت این دستگاه
• برگزاری سمینار و کارگاه آموزشی و نمایش عملکرد میکروسکوپ پروبی روبشی
• ارائه نرم افزار تحلیل داده SPM

نحوه عملکرد میکروسکوپ پروبی روبشی

• یک پروب که نوک آن بسیار باریک است روی سطح حرکت میکند
• به نسبت خم شدن بازوی پروب، متوجه نیروی متقابل سطح به پروب میشویم
• با تغییر ارتفاع پروب، این نیرو را تغییر می دهیم
• با ثابت نگه داشتن نیرو میتوانیم دقیقا روی سطح نمونه حرکت کنیم
• حالا ارتفاع پروب در هر نقطه، ارتفاع نمونه است

شاخه های میکروسکوپ پروبی روبشی

• میکروسکوپ تونلی روبشی STM
• میکروسکوپ نیروی اتمی AFM
• میکروسکوپ نیروی مغناطیسی MFM
• میکروسکوپ نیروی جانبی LFM
• میکروسکوپ مدولاسیون نیرو
• میکروسکوپ آشکارساز فازی Phase Imaging
• میکروسکوپ نیروی الکترواستاتیک EFM
• میکروسکوپ ظرفیت روبشی SCM

عملکرد میکروسکوپ‌ پروبی روبشی

1. لیزر به پشت پروب میتابد
2. بازتاب لیزر منعکس میشود به آشکارساز
3. نور لیزر وارد حسگر
4. آشکارساز
5. پیزو الکتریک
6. پیزو موتور
7. پروب

مقاله های میکروسکوپ پروبی روبشی

لیست مشتریان SPM:

• دانشگاه شهید بهشتی
• دانشگاه شریف
• پژوهشگاه مواد و انرژی
• پژوهشگاه بیوتکنولوژی کرج
• پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران
• دانشگاه اراک
• دانشگاه گیلان

نرم‌افزار و کتابچه فارسی میکروسکوپ‌پروبی‌روبشی

هم اکنون بسیاری از مراکز آزمایشگاهی و پژوهشی وزارت علوم به این دستگاه تجهیز شده است.

میکروسکوپ پروبی روبشی شاخه نوینی از خانواده میکروسکوپ ها است که جهت مطالعه سطح مواد مختلف یا به عنوان مکمل و جایگزین میکروسکوپ ‌های نوری و الکترونی استفاده شده.

میکروسکوپ روبشی پیمایشی (SPM) شاخه ای از میکروسکوپ که تصاویر از سطوح با استفاده از یک پروب فیزیکی که به اسکن نمونه تشکیل می دهد است. SPM در سال 1981 با اختراع میکروسکوپ تونلی روبشی، ابزاری برای تصویربرداری از سطوح را در سطح اتمی آغاز نمود

از میکروسکوپ روبشی می توانید تصویر چند فعل و انفعالات به طور همزمان بگیرید. نحوه استفاده از این فعل و انفعالات به دست آوردن یک تصویر به طور کلی یک حالت با تصویربرداری در یک مدت زمان مشخص امکان پذیر است.

این قطعنامه تا حدودی متفاوت از روش به روش، اما برخی از تکنیک های رسیدن به یک پروب اتمی و نه موثر. این به خاطر عمدتا به دلیل دیسک پیزوالکتریک می توانید حرکات را با دقت و صحت در سطح اتمی اجرا یا بهتر است در دستور الکترونیکی. این خانواده از تکنیک را می توان “تکنیک های پیزوالکتریک” نامیده می شود. مخرج مشترک دیگر این است که داده ها به طور معمول به عنوان یک شبکه دو بعدی از نقاط اطلاعات به دست آمده، مشاهده در رنگ کاذب به عنوان یک تصویر کامپیوتر است.

کمپانی : DME آلمان

میکروسکوپ نیروی اتمی: در این تکنیک از نیروهای واندروالس بین اتمها برای ایجاد تصویر استفاده می شود.

میکروسکوپ تونلی روبشی: در این تکنیک از پدیده ‌ی تونل ‌زنی از نمونه به اتم‌ های سوزن یا با‌لعکس استفاده می شود، جریان تونلی که با تغییر فاصله ‌ی سوزن تا نمونه تغییر می ‌کند، به عنوان سیگنال تصویرسازی استفاده می ‌شود. بر همین اساس، این تکنیک قابلیت تصویرسازی از سطوح هادی و نیمه ‌هادی را دارد.

زیرشاخه ها:

میکروسکوپ تونلی روبشی (به انگلیسی: STM:Scanning tunneling microscope) گونه‌ای میکروسکوپ پراب روبشی است که براساس روبش سطح رسانا به‌وسیلهٔ نوک بسیار باریک (در حد چند نانومتر ) و تغییر در میزان جریان عبوری برحسب فاصله کار می‌کند. با این میکروسکوپ می‌توان نحوه آرایش اتمها در سطح شبکه را به تصویر کشید. به عبارت دیگر تصویر ایجاد شده نشان دهنده آرایش فضایی نوار رسانش فلز یا نیمه هادی است.

میکروسکوپ نیروی اتمی یا میکروسکوپ نیروی پویشی در سال ۱۹۸۶ توسط کوئِیْت، بنینگ و گربر اختراع شد.

مانند تمام میکروسکوپ‌های پراب پویشی دیگر، م.ن.ا از یک پراب (probe) تیز که بر روی سطح نمونهٔ تحت بررسی حرکت می‌کند، استفاده می‌کند.

در مورد م.ن.ا، نوکی بر روی کانتی‌لیور (اهرم) وجود دارد که در اثر نیروی بین نمونه و نوک خم می‌شود. عکس شماره ۱ طرز کار یک م.ن.ا را نشان می‌دهد.

آزمایشگاه میکروسکوپ پروبی روبشی این شرکت با بهره ‌گیری از دستگاه میکروسکوپ پروبی روبشی مدل DS-95-50E ساخت کمپانی DME و کادری متخصص و آموزش ‌دیده، از بهار سال ١٣٨۵ تاکنون مشغول ارایه ‌ی خدمات تصویربرداری با قدرت تفکیک نانومتری برای انواع نمونه‌ های پلیمری، فلزی، نیمه ‌هادی، بیولوژیکی و مشاوره در این زمینه است. لازم به ذکر است که طی چند سال گذشته 2052 نمونه در این آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفته است.

AFM چیست؟

میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) نوعی میکروسکوپ پروب اسکن (SPM) است. SPM ها برای اندازه گیری خواص محلی مانند ارتفاع ، اصطکاک ، مغناطیس با یک پروب طراحی شده اند. برای به دست آوردن یک تصویر ، raster spp با استفاده از کاوشگر بر روی یک ناحیه کوچک از نمونه ، اندازه گیری همزمان ویژگی محلی را انجام می دهد.

AFM چگونه کار می کند؟

• AFM ها با اندازه گیری نیروی بین یک کاوشگر و نمونه کار می کنند.
• به طور معمول ، کاوشگر نوک تیز است که یک هرم 3-6 متری با شعاع انتهایی 15-40 نانومتر است
• اگرچه وضوح جانبی AFM به دلیل پیچش کم (30 نانومتر پوند) است ، وضوح عمودی می تواند تا 0.1 نانومتر باشد.
• برای به دست آوردن وضوح تصویر ، AFM ها می توانند با استفاده از اهرم نوری میزان انحراف عمودی و جانبی کانسیلر را اندازه گیری کنند.
• اهرم نوری با بازتابی از پرتوی لیزر در قسمت کنترل کار می کند.
• پرتو لیزر منعکس شده به یک آشکارساز عکس حساس به موقعیت متشکل از ردیاب عکس چهار بخش می پردازد.
• تفاوت بین بخشهای عکس-آشکارساز سیگنال ها نشانگر قرار گرفتن نقطه لیزر بر روی ردیاب و در نتیجه انحراف زاویه ای از کانسیلر است.
• پیزو سرامیک نوک را با وضوح بالا قرار می دهد.
• سرامیک پیزوالکتریک طبقه ای از موادی است که در صورت وجود شیب ولتاژ گسترش می یابد یا منقبض می شود. پیزو سرامیک ها می توانند دستگاه های موقعیت یابی سه بعدی با دقت بالا را بطور خودکار ایجاد کنند.
• در حالت تماس ، AFM ها از بازخورد برای تنظیم نیرو در نمونه استفاده می کنند.
• AFM نه تنها نیرو را بر روی نمونه اندازه گیری می کند بلکه آن را نیز تنظیم می کند ، اجازه می دهد تا تصاویر با نیروهای بسیار کم امکان پذیر باشد.
• حلقه بازخورد متشکل از اسکنر لوله است که ارتفاع نوک را کنترل می کند. کانسیلر و اهرم نوری ، که اندازه محلی محلی نمونه را نشان می دهد.
• و یک مدار بازخورد که سعی دارد با تنظیم ولتاژ اعمال شده بر روی اسکنر ، انحراف کانال را ثابت نگه دارد.
• یک حلقه بازخورد به خوبی ساخته شده برای عملکرد میکروسکوپ ضروری است.

مطالعه بیشتر در ویکیپدیا

آموزش ویدیویی SPM کمپانی DME