സ്കാനിങ് പ്രോബ് സൂക്ഷ്മദർശിനി

റാസ്റ്റർ സ്കാൻ പ്രോബ് ഉപയോഗിച്ചു പ്രതലങ്ങളെ കുറിച്ച് പഠിക്കുന്ന സൂക്ഷ്മദർശിനിയാണ്  സ്കാനിങ് പ്രോബ് സൂക്ഷ്മദർശിനി (എസ്പിഎം). പ്രകാശിക സൂക്ഷ്മദർശിനികളിൽ നിന്നും വ്യതസ്ഥമായി പ്രതലവും പ്രോബും തമ്മിലുള്ള  പരസ്‌പരപ്രവർത്തിൽ അധിസ്ഥിതമായാണ് സ്കാനിങ് പ്രോബ് സൂക്ഷ്മദർശിനി പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. പഠനവിധേയമായ പ്രതലത്തിനു അരികിലക്ക് പ്രോബ് കൊണ്ടുവരികയും പ്രതലത്തിനു സമാന്തരമായി വരി വരിയായി (റാസ്റ്റർ സ്കാൻ) പ്രോബ് (അല്ലെങ്കിൽ പ്രതലം) ചലിപ്പിക്കുന്നു,തന്മൂലം പ്രതലവും പ്രോബും തമ്മിൽ ഉള്ള പരസ്‌പരപ്രവർത്തനതിൽ ഉണ്ടാകുന്ന മാറ്റതെ സ്ഥാനത്തിൻറെ ഏകദം ആയി രേഖപ്പെടുത്തുന്നു. ഇങ്ങനെ രേഖപ്പെടുത്തിയ ഡാറ്റ ഒരു റാസ്റ്റർ സ്കാനിനു ശേഷം കമ്പ്യൂട്ടറിൻറെ സഹായത്തോടെ സംയോജിപ്പിച്ചു ഒരു ദ്വിമാന ചിത്രമായി പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. എസ്പിഎം  സൂക്ഷ്മദർശിനിയെ ഒരു അന്ധ വ്യക്തി രീതി ആയി കണക്കാക്കാം. കഴ്ചയുള്ളവർ ഒരു വസ്തുവിനെ പ്രകാശത്തിൻറെ സാനിത്യത്തിൽ കണ്ണുകൾ കൊണ്ട് ദർശിക്കുന്നു. അന്ധനായ ഒരു വ്യക്തി ആ  വസ്തുവിനെ  മനസ്സിലാകുന്നത് തൻറെ കൈകൊണ്ട് സ്പർശിച്ച് പരതിനോക്കിയ ശേഷമാണ്. അത് പോലെ എസ്പിഎമ്മിൽ വസ്തുവിനെ പ്രതലമായും കൈ പ്രോബായും സ്പർശനം പ്രതല പ്രോബ് സമ്പർക്കം ആയും  വർത്തിക്കുന്നു.

പ്രതലവും പ്രോബും തമ്മിൽ ഉള്ള പരസ്‌പരപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ വർത്തിക്കുന്ന ഭൗതിക പ്രതിഭാസത്തിൻറെ അടിസ്ഥാനത്തിലാണ്  സ്കാനിങ് പ്രോബ് സൂക്ഷ്മദർശിനികളെ തരംതിരിച്ചിരികുന്നത്. ചിലപ്പോൾ ഒന്നിൽ അധികം  ഭൗതിക പ്രതിഭാസങ്ങളിൽ അധിസ്ഥിതമാക്കിയും എസ്പിഎം പ്രവർത്തിപ്പിക്കാരുണ്ട്. എസ്പിഎം  സൂക്ഷ്മദർശിനികളുടെ resolution ഈ പ്രതിഭാസങ്ങളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. പരമാണുതലത്തിൽ സൂക്ഷ്‌മമായ ചലനങ്ങൾ നടത്തുവാൻ പ്രാപ്യമായ piezoelectric actuatorകളുടെ കണ്ടുപിടിത്തത്തോടെയാണ് എസ്പിഎം എന്ന സങ്കേതം സാധ്യമായത്. ടണലിങ് പ്രതിഭാസത്തെ ആസ്പദമാക്കിയാണ് ആദ്യത്തെ എസ്പിഎം  സൂക്ഷ്മദർശിനിയായ സ്കാനിങ് ടണലിങ് സൂക്ഷ്മദർശിനി നിർമ്മിച്ചത് . 1981ഇൽ സൂറിക്ക്  IBMഇലെ  ഗവേഷകർ ആയിരുന്ന  ജർട് ബിന്നിംഗ്, ഹെൻറിച്ച് റോഹ്രേർ എന്നിവരാണ്‌ അത് നിർമ്മിച്ചത്  . 

പ്രോബ് റ്റിപ്


സ്വർണം , സിലികൻ നൈട്രേറ്റ് , പ്ലാറ്റിനം/ഇറിടിയം മുതലയ പദാർത്ഥങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് പ്രോബ് ടിപ് നിർമ്മിക്കുക. മേന്മയേറിയ SPM ചിത്രങ്ങൾ / ഡാറ്റ ലഭിക്കുന്നതിന് വളരെ കൂർത്ത മുനയുള്ള ടിപ് അനിവാര്യമാണ്. SPM  ഉപയോഗിച്ച്  ഒരു വസ്തുവിൻറെ ചിത്രം നിർമ്മിക്കുംപ്പോൾ / നിര്നയിക്കുംപ്പോൾ  ലഭിക്കുന്ന അതിൻറെ  വിലങ്ങനെയുള്ള വലിപ്പം  ടിപ്പിൻറെ കൂർമ്മതയെ (sharpness ) ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ടിപ്പ് എത്ര കൂർതിരികുന്നുവോ അത്രയും lateral resolution കൂടുന്നു. കൂർത്ത അഗ്രമുള്ള ടിപ്പ് നിർക്കുന്നതിനു വേണ്ടി ഗവേഷകർ വിവിധ രീതികൾ  അവലംബിക്കുന്നു.  നാനോടെക്നോളജിയിലെ  ടോപ്‌ ഡൌൺ സങ്കേതങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് മേന്മയേറിയ ടിപ്പുകൾ നിർമ്മിക്കാം. ഇങ്ങനെ നിർമ്മിക്കുന്ന ടിപ്പുകൾക്ക് നിർമ്മാണചെലവു കൂടുതലാണ്.chemical etching , cutting എന്നിവയാണ് സാധാരണയായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്ന മറ്റു രണ്ടു രീതികൾ..  chemical etching ഇല ടിപ് ആയി ഉപയോഗിക്കുവാനുള്ള ദണ്ട് ആസിഡിൽ മുക്കിവച്ച ശേഷം കൌണ്ടർ electrodഇൽ  നിന്നും  voltage നൽകുന്നു. ആസിഡിൻറെ സാനിധ്യത്തിൽ അത് പതുക്കെ  etch  ആയി അഗ്രത്തിൽ ഒരു പരമാണു മാത്രം ഉള്ള ടിപ്പ് ലഭിക്കുന്നു. മൂർച്ചയേറിയ cutter, കത്രിക എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് ടിപ് മുറിക്കുന്നതാണ് മറ്റൊരു രീതി. ആദ്യത്തെ സ്കാൻ നടതുംപ്പോൾ തന്നെ ടിപ്പിൻറെ നിലവാരം മനസ്സിലാക്കുവാൻ കഴിയും. ടിപ്പിൻറെ ആകൃതിക്കനുസരിച്ച് പ്രതലം എങ്ങനെ കാണപ്പെടും എന്നറിയുന്നതിനു ചിത്രം കാണുക..Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy: Methods and Applications.

കമ്പനം കവചനം (vibration isolation)

കമ്പനം കവചനം (vibration isolation)എല്ലാ SPM സങ്കേതങ്ങളുടെയും അഭിഭാജ്യ ഘടകമാണ്. മേന്മയേറിയ SPM ചിത്രങ്ങൾ എടുക്കുന്നതിനു,  നാനോമീറ്റർ കൃത്യതയിൽ, പ്രതലത്തിനു മുകളിൽ പ്രോബ് വിന്യസിക്കുന്നതിനു തക്ക ശേഷിയുള്ള  കമ്പനം കവചനം അനിവാര്യമാണ്. ഇത്രയും കൃത്യതയുള്ള vibration control ലഭികുന്നതിനു വേണ്ടി multiple damping stagesആണ് പൊതുവെ ഉപയോഗിക്കുക.Variable‐temperature ultrahigh vacuum scanning tunneling microscope: Mechanical and electronic instrumentation.

എസ്പിഎം ഗുണങ്ങൾ

പ്രകാശികസൂക്ഷ്മദർശിനികളിൽ അതിൻറ്റെ resolution/പരിധി നിർണയിക്കുന്നത് diffraction limitആണു. വ്യത്യസ്തമായ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ അധിസ്ഥിതമയതിനാൽ SPMഇനു ഈ പരിധി ബധകമല്ല, മറിച്ച് അഗ്രത്തിന്റെ ആകൃതിയാണു എസ്പിഎമ്മിന്റെ
പരിധി നിർണയിക്കുന്നതിൽ പ്രധാന പങ്ക് വഹികുന്നത്. അതു പ്രധാനമായും റ്റിപ്പ് പ്രതല പ്രതിപ്രവർത്തന വ്യപതത്തിൽ അധിസ്ഥിതമാണു (point spread function). അതിനാൽ picometer പികോമീറ്റർ തലത്തിൽ വരെയുള്ള കൃത്യത സാധ്യമാകുന്നു.
ടിപ്പ് അഗ്രം ഉപയോഗിച്ച് പ്രതലത്തിൽ മാറ്റങ്ങൽ വരുത്തുവാൻ സാധിക്കും
vacuum നിർബന്ധമായും വേണ്ട ഇലക്ട്രൊൻ സൂക്ഷമദർഷിനിയിൽ നിന്നും വ്യതസ്ഥമായി vacuum, air, liquid മുതലായ പരിസ്ഥിധികളിൽ SPM പ്രവർത്തിപ്പിക്കുവാനാകും. 

എസ്പിഎം കോട്ടങ്ങൾ 

വിവിധ തരം  സ്കാനിങ് പ്രോബ്  സൂക്ഷ്മദർശിനികൾ  
 പരമാണു ബല സൂക്ഷ്മദർശിനി 
Contact AFM
Non-contact AFM
Dynamic contact AFM
Tapping AFM
 ക്ഷേപക ഇലക്‌ട്രാൺ പ്രസാരണ സൂക്ഷ്മദർശിനി 
 രസതന്ത്രബല സൂക്ഷ്മദർശിനി
 വിദ്യൂച്ഛക്തിവാഹക പരമാണു ബല സൂക്ഷ്മദർശിനി
 ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സ്കാനിങ് ടണലിങ് സൂക്ഷ്മദർശിനി
 ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക്ക് ബല സൂക്ഷ്മദർശിനി 
 ഫ്ലൂയിഡിക് ഫോഴ്സ് സൂക്ഷ്മദർശിനി
 ബല അനുപാതപ്രമാണ സൂക്ഷ്മദർശിനി 
 ലക്ഷണ പ്രാച്യമായ സ്കാനിങ് പ്രോബ് സൂക്ഷ്മദർശിനി
KPFM, kelvin probe force microscopy
 കാന്തിക ബല സൂക്ഷ്മദർശിനി 
 കാന്തിക അനുരണ ബല സൂക്ഷ്മദർശിനി
 സമീപ ക്ഷേത്ര സ്കാനിങ് പ്രകാശിക സൂക്ഷ്മദർശിനി (or SNOM, scanning near-field optical microscopy)
 പീസോ  പ്രതിചേഷ്‌ടാ ബല സൂക്ഷ്മദർശിനി
 ഫോടോൻ  സ്കാനിങ് ടണലിങ് സൂക്ഷ്മദർശിനി  
 ഫോടോതെർമൽ സൂക്ഷ്മദർശിനി/microscopy
 സ്കാനിങ് കപ്പാസിറ്റനസ് സൂക്ഷ്മദർശിനി
 Scanning electrochemical microscopy
 Scanning gate microscopy
 സ്കാനിങ് ഹാൾ പ്രോബ്  സൂക്ഷ്മദർശിനി
 സ്കാനിങ്  അയണീക-വൈദ്യുതീവാഹകശക്തി സൂക്ഷ്മദർശിനി
 സ്പിൻ  ധ്രൂവീകൃത സ്കാനിങ് ടണലിങ് സൂക്ഷ്മദർശിനി
 സ്കാനിങ് വിദ്യുത്‌പ്രവാഹരോധനാങ്ക വ്യാപന സൂക്ഷ്മദർശിനി
 സ്കാനിങ് താപ സൂക്ഷ്മദർശിനി
 സ്കാനിങ് ടണലിങ് സൂക്ഷ്മദർശിനി
 Scanning tunneling potentiometryhttp://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physikalischeelektronik/phys_elektr/node252.html
 Scanning voltage microscopy
 Synchrotron x-ray scanning tunneling microscopy

അവലംബം

പുറംകണ്ണികൾ

Scanning Probe Microscopy by John W. Cross  
Scanning Probe Microscopy at the Institute of Food Research 
Characterization in nanotechnology some pdfs 
Overview of STM/AFM/SNOM principles with educative Flash animations 
SPM Image Gallery - AFM STM SEM MFM NSOM and More 
How SPM Works 
SPM Scan Image Gallery 
SPM Glossary 
SPM gallery: surface scans, collages, artworks, desktop wallpapers 
SPM Applications: Image Gallery 
SPM Scan Image Gallery
SPM Scan Image Gallery

വർഗ്ഗം:മൈക്രോസ്കോപ്പി