موضوع مقاله: میکروسکوپ پراب پویشی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # میکروسکوپ پراب پویشی | مقدمه: میکروسکوپ‌های پراب پویشی از یک پراب که بر روی نمونه حرکت می‌کند، برای بررسی سطح نمونه‌ها استفاده می‌کنند. | ## بخش 1: میکروسکوپ پراب پویشی | با استفاده از این میکروسکوپ‌ها علاوه بر توپوگرافی سطح، می‌توان راجع به اصطکاک، مغناطش، خواص حرارتی و الاستیسیته‌ی سطح نیز اطلاعاتی بدست آورد که با استفاده از روش‌های دیگر قابل دستیابی نیستند. در این میکروسکوپ، نوک یک پروب سالم و ایده آل، بسیار تیز بوده، بطوریکه در نوک آن تنها یک اتم جای می‌گیرد؛ بنابراین از حساسیت بسیار بالایی برخوردار است و به دلیل ابعاد بسیار کوچک خود می‌تواند در حد نانومتر، کوچکترین پستی یا بلندی‌ها را در سطح نمونه آنالیز نماید و با استفاده از تجهیزات و نرم افزارهای موجود در دستگاه، داده‌های بدست آمده را به صورت تصویر بر نمایشگر نمایش دهد. خیلی از میکروسکوپ‌های پراب پویشی می‌توانند تعداد زیادی از تصاویر را همزمان بگیرند. روش استفاده از این فعل و انفعالات برای به دست آوردن یک تصویر به طور کلی یک مود خوانده میشود. وضوح با هر تکنیک مخلتف مقداری تفاوت می کند، اما بعضی از تکنیک ها به وضوح اتمی چشمگیری می رسند. روش متداول دیگر این است که داده ه به طور عادی از یک تور نقاط داده دو بعدی،تجسم شده در رنگ های دروغین(false colors) به عنوان یک تصویر کامپیوتری به دست می آیند. کلید موفقیت انها استفاده از یک حلقه کنترل برای تنظیم کردن اندازه فاصله بین نمونه و پویشگر بود. میکروسکوپ پروبی روبشی، در طی دو دههٔ بعد از اختراع شدنش، کاربرد گسترده‌ای در آزمایشگاه‌ها و صنایع مختلف از توسعه محیط‌های ذخیره مغناطیسی تا بیولوژی ساختاری یافته‌است. در نتیجه، کاربران این روش از زیست‌شناسان و پژوهشگران پزشکی تا فیزیکدانان و مهندسین، از قدرت تفکیک بی‌رقیب و به کارگیری نسبتا آسان این روش، بهره‌مند می‌شوند. از جمله: میکروسکوپ مدولاسیون نیرو میکروسکوپ آشکارساز فازی میکروسکوپ نیروی الکترواستاتیک میکروسکوپ کاپاسیتانس پویشی SPE الکتروشیمی پراب پویشی SECM میکروسکوپی الکتروشیمیایی SICM میکروسکوپی رسانش یونی SVET تکنیک الکترود لرزشی SKP پویشگر کلوین FluidFM میکروسکوپی نیروی سیال FOSPM میکروسکوپی پراب پویشی ویژگی-محور MRFM میکروسکوپی نیروی تشدید مغناطیسی تشکیل صفحه برای شکل دادن تصویر، میکروسکوپ پراب پویشی سطح را به صورت شطرنجی اسکن می کند. در نقاط گسسته اسکن شطرنجی، یک مقدار ضبط می شود.(مقدار به مدل SPM و مود عملیات بستگی دارد، پایین را مشاهده کنید). این مقادیر ضبط شده به عنوان یک نقشه حرارتی نشان داده می شوند تا تصویر STM پایانی را بسازند، که معمولا به رنگ سفید و سیاه یا مقیاسی از رنگ نارنجی است. | ## بخش 2: میکروسکوپ پراب پویشی | برای میکروسکوپ تونلی روبشی این تعامل همان جریان تونل است، برای مود تماس AFM یا MFM شکست طّره است، و غیره. معمولا نوع حلقه کنترل حلقه PI است، که خود نوعی کنترل کننده ی PID است که در آن بهره تفاضلی به صفر میل می کند (در حالی که نویز ایجاد می کند). اگر سطح در حال اسکن را صفحه xy در نظر بگیریم جهت z نوک به طور متناوب ضبط می شود و به شکل یک نقشه حرارتی نشان داده می شود. در این مود یک تصویر دوم، که به اسم "سیگنال خطا" یا "تصویر خطا" شناخته می شود هم ضبط می شود، که یک نقشه حرارتی از تعاملی است که از آن بازخورد داشته ایم. در یک عملیات بی نقص این تصویر باید خالی باشد با یک مقدار ثابت که بر روی حلقه کنترل قرار داده شده بود. در یک عملیات واقعی تصویر نویز نشان می دهد و بعضی اوقات نشانه هایی از ساختار سطح را نمایان می کند. کاربر می تواند از این تصویر استفاده کند تا بهره کنترل را اصلاح کند و اشتباهات نشان داده شده داخل سیگنال خطا را به حداقل برساند. اگر بهره ها خیلی بالا باشند کنترل می تواند بی ثبات و نواسان­دار شود، که باعث می شود جزییات مخطط شوند در حالی که خط­ها به صورت فیزیکی وجود ندارند. در عوض مقدار تعامل تحت نظر ضبط می شود (به این معنی که جریان تونل برای STM، یا دامنه نوسان پایه برای AFM). این اطلاعات ضبط شده به شکل یک نقشه حرارتی نشان داده می شود، و به طور معمول به اسم تصویر همیشه مرتفع شناخته میشود. معمولا قبل اجرای تصویربرداری همیشه مرتفع باید تصویری در مود همیشه در تعامل ضبط شود تا چک شود که سطح نمونه هیچ نوع آلاینده­ای در منطقه تصویربرداری نداشته باشد، و همینطور برای اندازه­گیری و اصلاح خمیدگی نمونه، مخصوصا برای اسکن­های کند، برای اندازه­گیری و اصلاح رانش دمایی نمونه است. نوک پویشگر ویژگی­های یک نوک پویشگر SPM کاملا به نوع SPM در حال استفاده بستگی دارد. | ## بخش 3: میکروسکوپ پراب پویشی | راس پویشگر وضوح تصویر میکروسکوپ را تعریف می­کند، هرچه پویشگر تیزتر باشد، وضوح تصویر بیشتر می­شود. پویشگرهای ساخته شده، که برای STM و SCM و چندین نوع دیگر SPM نیاز هستند، معمولا از سیم پلاتینیوم و یا ایریدیوم برای عملیات­های محیطی ساخته می شوند، یا از تنگستن ساخته می شوند برای عملیات UHV. مواد دیگر همانند طلا بعضی وقت­ها برای نمونه­های خاص استفاده می­شوند یا اگر SPM با آزمایش دیگری همچون TERS ترکیب شود. پویشگرهای پلاتینیوم/ایریدیوم (و یا دیگر پویشگرهای محیطی) به شکلی معمولی با سیم­برهای تیز بریده می شوند، روش بهینه این است که بیشتر مسیر سیم را ببریم و در آخر بکشیم، که احتمال به وجود آمدن راس تک اتمی را بیشتر می­کند. سیم­­های تنگستن معمولا به شیوه­های الکتروشیمیایی صیقل می­خورند، بعد از آن هم زمانی که نوک پویشگر در شرایط UHVاست لایه­ی اکسید شده به طور معمول باید حذف شود. تصویربرداری با وضوح نامطلوب می تواند حاصل این مسئله باشد که راس بیش از حد بزرگ است، یا چندین قله دارد، که باعث ضبط شدن دوبل تصویر یا شبح تصویر می شود. برای بعضی پویشگرها، در لحظه امکان بهبود بخشیدن راس هست، این کار معمولا یا فرو آوردن پویشگر به سطح است یا اعمال یک میدان الکتریکی بزرگ. مورد دوم با اعمال یک ولتاژ یکطرفه (از توان 10V) بین نوک و نمونه به دست می­آید، چون این مسافت در حد 1 الی 3 آنگستروم است، یک میدان خیلی فوی به وجود می آید. شرایط کارکرد معمولاً میکروسکوپ‌های پروبی روبشی به آماده‌سازی نمونه یا خلاء بسیار بالا که برای میکروسکوپ‌های الکترونی لازم است، نیازی ندارند. کاربرد در علوم زیستی چون خلاء بسیار بالا و پرتوهای الکترونی به نمونه‌های زنده آسیب می‌رساند، در علوم زیستی بیشتر از میکروسکوپ‌های پروبی روبشی استفاده می‌شود. علاوه بر این به علت قابلیت مطالعهٔ نمونه‌ها در محلول آبی، امکان بررسی را در شرایط شبه بیولوژیکی فراهم می‌کند. در علم مواد میکروسکوپ‌های پروبی روبشی را می‌توان برای تصویر برداری از اکثر مواد بکار برد. | ## جمع‌بندی | این تکنیک‌ها برای تعیین خصوصیات سطحی مانند تخلخل، اندازه دانه، مرز دانه، ترک‌ها، عیوب بلوری و ...