Microscópio de sonda de varredura

Sob o termo Microscópio de sonda de varredura Existem vários microscópios e os métodos de medição associados que são usados ​​para analisar superfícies. Essas técnicas são, portanto, parte da física de superfície e de interface. Os microscópios de varredura são caracterizados por uma sonda de medição ser guiada sobre uma superfície a uma pequena distância.

O que é um microscópio de sonda de varredura?

Todos os tipos de microscópios nos quais a imagem é criada como resultado de uma interação entre a sonda e a amostra são chamados de microscópios de sonda de varredura. Isso distingue esses métodos da microscopia de luz e da microscopia eletrônica de varredura. Nem lentes ópticas nem lentes elétron-ópticas são usadas aqui.

Com o microscópio de sonda de varredura, a superfície da amostra é escaneada bit a bit com a ajuda de uma sonda. Desta forma, os valores medidos são obtidos para cada ponto individual, que são combinados para criar uma imagem digital.

O método da sonda de varredura foi desenvolvido e apresentado pela primeira vez em 1981 por Rohrer e Binnig. É baseado no efeito túnel que surge entre uma ponta metálica e uma superfície condutora. Este efeito forma a base para todos os métodos de microscopia de sonda de varredura desenvolvidos posteriormente.

Formas, tipos e tipos

Existem diferentes tipos de microscópios de sonda de varredura, que diferem principalmente no que diz respeito à interação entre a sonda e a amostra. O ponto de partida foi a microscopia de tunelamento de varredura, que em 1982 pela primeira vez permitiu uma representação atomicamente resolvida de superfícies eletricamente condutoras. Durante os anos seguintes, vários outros métodos de microscopia de sonda de varredura foram desenvolvidos.

Com o microscópio de tunelamento de varredura, uma tensão é aplicada entre a superfície da amostra e a ponta. A corrente do túnel é medida entre a amostra e a ponta, que também não podem se tocar. Em 1984 surgiu a microscopia óptica de campo próximo. Aqui, a luz é enviada através da amostra de uma sonda. No microscópio de força atômica, a sonda é desviada por meio de forças atômicas. Normalmente, são usadas as chamadas forças de van der Waals. A deflexão da sonda tem uma relação proporcional com a força, que é determinada de acordo com a constante da mola da sonda.

A microscopia de força atômica foi desenvolvida em 1986. No início, os microscópios de força atômica funcionavam com base em uma ponta de túnel que atua como um detector. Esta ponta de túnel determina a distância real entre a superfície da amostra e o sensor. A tecnologia faz uso da tensão do túnel que existe entre a parte traseira do sensor e a ponta de detecção.

Hoje em dia, esse método foi amplamente substituído pelo princípio da detecção, com a detecção por um feixe de laser que funciona como um apontador de luz. Isso também é conhecido como microscópio de força a laser. Além disso, um microscópio de força magnética foi desenvolvido no qual as forças magnéticas entre a sonda e a amostra servem como base para determinar os valores medidos.

Em 1986, o microscópio térmico de varredura também foi desenvolvido, no qual um minúsculo sensor funciona como uma sonda de varredura. Existe também o chamado microscópio óptico de varredura de campo próximo, no qual a interação entre a sonda e a amostra consiste em ondas evanescentes.

Estrutura e funcionalidade

Em princípio, todos os tipos de microscópios de sonda de varredura têm em comum o fato de escanearem a superfície da amostra em uma grade. A interação entre a sonda do microscópio e a superfície da amostra é usada. Esta interação difere dependendo do tipo de microscópio de sonda de varredura. A sonda é enorme em comparação com a amostra que está sendo examinada e, ainda assim, é capaz de determinar as minúsculas características da superfície da amostra. O primeiro átomo na ponta da sonda é particularmente relevante neste ponto.

Com a ajuda da microscopia de varredura por sonda, são possíveis resoluções de até 10 picômetros. Para comparação: o tamanho dos átomos está na faixa de 100 picômetros. A precisão dos microscópios de luz é limitada pelo comprimento de onda da luz. Por esse motivo, apenas resoluções em torno de 200 a 300 nanômetros são possíveis com esse tipo de microscópio. Isso corresponde a cerca de metade do comprimento de onda da luz. Portanto, feixes de elétrons são usados ​​em vez de luz em um microscópio eletrônico de varredura. Ao aumentar a energia, o comprimento de onda pode, em teoria, ser tão curto quanto desejado. No entanto, um comprimento de onda muito pequeno destruiria a amostra.

Benefícios médicos e de saúde

Com a ajuda de um microscópio de sonda de varredura, não é apenas possível escanear a superfície de uma amostra. Em vez disso, átomos individuais também podem ser removidos da amostra e depositados novamente em um local especificado.

Desde o início dos anos 1980, o desenvolvimento da microscopia de varredura por sonda avançou rapidamente. As novas possibilidades de resolução melhorada de muito menos de um micrômetro foram um pré-requisito essencial para os avanços nas nanociências e nanotecnologia.Este desenvolvimento ocorreu principalmente desde a década de 1990.

Com base nos métodos básicos de microscopia de varredura por sonda, muitos outros sub-métodos estão atualmente divididos. Eles tiram vantagem de diferentes tipos de interação entre a ponta da sonda e a superfície da amostra.

Microscópios de sondas de varredura desempenham um papel essencial em áreas de pesquisa como nanoquímica, nanobiologia, nanobioquímica e nanomedicina. Microscópios de varredura são até usados ​​para explorar outros planetas como Marte.

Os microscópios de sonda de varredura usam uma técnica especial de posicionamento baseada no chamado efeito piezo. O aparelho para mover a sonda é controlado pelo computador e permite um posicionamento altamente preciso. Isso permite que as superfícies das amostras sejam escaneadas de maneira controlada e os resultados da medição sejam combinados em uma tela de resolução extremamente alta.