AFM ( Atomic Force Microscopy )

AFM (Atomic Force Microscopy)

میکروسکوپ نیروی اتمی از نوع میکروسکوپ های روبشی است و برای سنجش سطح و بررسی پستی و بلندی های سطح نمونه در مقیاس های اتمی به کار می رود. اساس کار میکروسکوپ نیروی اتمی بسیار ساده است، طبق شکل زیر، درون این دستگاه یک اهرم قرار دارد که زیر نوک آن یک لبه ی سوزنی شکل جای داده شده است، که به این اهرم کانتیلور می گویند. نوک سوزنی شکل باید در عین ظرافت بسیار مستحکم باشد تا بتواند پستی بلندی های سطح نمونه را در مقیاس نانومتری یا کمتر اندازه گیری کند. این اهرم به آرامی و با دقت بالا روی سطح نمونه مورد بررسی، حرکت می کند. به علت پستی و بلندی های سطح نمونه این اهرم در مقیاس بسیار کم جابه جا می شود. این جابه جایی توسط لیزر و دتکتور مرتبط با آن ردیابی می گردد. به این صورت که پشت اهرم (کانتیلور) آینه ای و صیقلی است و پرتو لیزر که به پشت اهرم می تابد از آن منعکس می شود، مکان برخورد نور انعکاسی به دتکتور با حرکت اهرم تغییر می کند و با اندازه گیری مکان نور لیزر منعکس شده می توان ارتفاع نقاط مختلف را بدست آورد.

میکروسکوپ نیروی اتمی میکروسکوپ نیروی اتمی میکروسکوپ نیروی اتمی

 

 

 

STM ( scanning tunneling microscope )

STM ( scanning tunneling microscope )

میکروسکوپ تونلی روبشی STM ( scanning tunneling microscope ) :  براساس روبش سطح رسانا به‌وسیله ی 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. یعنی به طور کلی این آنالیز برای تحلیل سطح نمونه و فهمیدن پستی و بلندی های سطح نمونه و در دقت های بالاتر برای دیدن چینش اتم های سطحی نمونه به کار می رود.

میکروسکوپ تونلی

بطور کلی STM، دارای اجزای زیر است:

نگهدارنده نمونه

سوزن و مجموعه مرتبط با آن

کنترل کننده الکترونیکی

رایانه جهت کنترل کننده الکترونیکی

نرم افزار جهت پردازش تصویر

 

طرز کار دقیق تر این میکروسکوپ بدین صورت است که در میکروسکوپ تونلی روبشی، سطح نمونه بوسیله سوزنی نوک تیز، بنام تیپ یا پروب روبش می‌شود. نوک یک پروب سالم و ایده آل، بسیار تیز بوده، بطوریکه در نوک آن تنها یک اتم جای می گیرد؛ بنابراین از حساسیت بسیار بالایی برخوردار است و به دلیل ابعاد بسیار کوچک خود می‌تواند در حد نانومتر، کوچکترین پستی یا بلندی ها را در سطح نمونه آنالیز نماید و با استفاده از تجهیزات و نرم افزارهای موجود در دستگاه، داده های بدست آمده را بصورت تصویر بر نمایشگر نمایش دهد. این پروب در فاصله بسیار کم از سطح نمونه قرار می گیرد ولی با آن تماس ندارد. حال بین این سوزن و سطح مورد بررسی اختلاف ولتاژ برقرار می گیرد. در حالت کلی تبادل بار بین دو رسانا که با هم در تماس نیستند برقرار نمی گیرد اما اگر فاصله خالی بین دو رسانا بسیار کم باشد (مانند حالت کار میکروسکوپ تونلی روبشی) جریانی برقرار می گردد که حاصل از جهش الکترون هاست که به آن جریان تونل زنی می گویند. بدیهیست هر چه این فاصله کمتر باشد، جریان تونل زنی بیشتر است. پس با حرکت سوزن STM روی سظح نمونه از نقاط برجسته تر نمونه جریان بیشتری برقرار می شود و مقدار این جریان با ارتفاع سطح نسبت مستقیم دارد. پس با اندازه گیری جریان آمده از هر نقطه به سوزن ارتفاع آن معلوم می گردد. در نهایت با حرکت سوزن روی تمام سطح مورد نظر می توان نقشه ی کامل سطح را بدست آورد.

در نمونه های غیر رسانا در صورت نیاز به استفاده از این میکروسکوپ، ابتدا لایه بسیار نازکی در حد نانومتر از یک فلز روی سطح نمونه نشانده می شود، سپس نمونه مورد بررسی در میکروسکوپ تونلی روبشی قرار می گیرد.

میکروسکوپ تونلی میکروسکوپ تونلی

SEM (scanning electron microscopy )

SEM (scanning electron microscopy )

میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM (scanning electron microscopy ) که از گروه میکروسکوپ های الکترونی است، از معروف ترین روش های میکروسکوپی به شمار می رود که علاوه بر تهیه ی تصاویر بزرگنمایی شده، در صورتی که به تجهیزات اضافی مجهز شود می تواند برای آنالیز شیمیایی و دیگر بررسی ها نیز به کار گرفته شود.میکروسکوپ الکترونی یا  SEM قابلیت عکس‌برداری از سطوح با بزرگنمایی ۱۰ تا ۵۰۰۰۰۰ برابر و با قدرت تفکیکی کمتر از ۱ تا ۲۰ نانومتر (بسته به نوع نمونه) را دارد.

میکروسکوپ الکترونی

مبنای عملکرد این میکروسکوپ، برهم کنش پرتوی الکترونی با ماده است. پرتوهای ساطع شده از این برهم کنش می تواند جهت بررسی ها مورد استفاده قرار گیرد.

در این دستگاه ابتدا توسط منبع الکترونی یک باریکه الکترونی ایجاد می گردد. این باریکه با عبور از میدان های مغناطیسی، لنزها و روزنه ها به اندازه ی کافی باریک می گردد و همزمان در یک میدان الکتریکی شتاب می گیرد. هر چه باریکه ی الکترونی باریک تر بوده و سرعت تمام الکترون های درون آن با هم برابر بوده باشد، باریکه مطلوب تر است. معمولا پرتو الکترونی دارای الکترون هایی با ۱ تا ۵۰ الکترون ولت انرژی است. حال این باریکه بر روی سطح نمونه حرکت داده می شود. پرتوی الکترونی با سطح نمونه بر همکنش خواهد کرد و پرتو ها و الکترون های بازگشتی از سطح نمونه جمع آوری شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.

پرتو الکترونی در برهمکنش با ماده می تواند رفتارهای متعددی از خود نشان دهد مثلا:

۱- بی تأثیر بوده و از نمونه عبور نماید؛

۲-  به طور الاستیکی پراکنده شود که بدون تغییر انرژی ،جهت آن تغییر می نماید؛

۳- پراش یافته

۴- به طور غیرالاستیکی پراکنده شود که در انرژی و جهت آن تغییر ایجاد ‌گردد؛

۵-یا در نهایت ممکن است جذب شود.

که از رفتار های بالا برهمکنش الاستیک و غیرالاستیک مطلوب کار SEM بوده و در آن مورد بررسی قرار می گیرد.

میکروسکوپ الکترونی

اجزای اصلی یک میکروسکوپ الکترونی یا  SEM را می‌توان اینگونه نام برد:

۱- تفنگ الکترونی: مسئول ایجاد باریکه الکترونی اولیه

۲- لنزها و روزنه‌ها: برای تنظیمات باریکه های الکترونی (متراکم کردن، تنظیم شدت و …) و مسیر ها استفاده می گردند.

۳- سیستم روبش: مسئول به حرکت درآوردن باریکه الکترونی روی سطح نمونه است.

۴- محفظه نمونه وسیستم خلأ: برای دقت بالا و عملکرد صحیح تمام فرآیند ها در خلا انجام می پذیرد در محفظه ای شامل موارد مختلف مانند جایگاه نمونه، اهرم های جابه جا کننده، حسگرهای مختلف مانند حسگر فشار و …

۵- سیستم نمایش: برای نمایش داده های نهایی و نمایش عملکرد دستگاه

نمونه ای از عکس های گرفته شده با میکروسکوپ الکترونی یا SEM (scanning electron microscopy ) :

گلبول های قرمز و سفید خون، چشم مگس، مژه انسان، نخ و سوزن

میکروسکوپ الکترونی میکروسکوپ الکترونی

تصویر سمت راست مربوط به گلبولهای قرمز خون که یک ویروس را احاطه کرده اند. وتصویر سمت چپ مربوط به چشم مگس می باشد.

میکروسکوپ الکترونی میکروسکوپ الکترونی

تصویر سمت چپ: مژه.      تصویر سمت راست سوزن و نخ

فروشگاه اینترنتی ستاپ