• Thursday February 20,2020

microscopia a scansione di sonda

Il termine microscopio a sonda di scansione copre una serie di microscopi e i metodi di misurazione associati che servono all'analisi delle superfici. Quindi queste tecniche appartengono alla fisica delle superfici e delle interfacce. I microscopi a sonda di scansione sono caratterizzati dal fatto che una sonda di misurazione viene guidata su una superficie a piccola distanza.

Che cos'è un microscopio con sonda a scansione?

Il termine microscopio a sonda di scansione copre una serie di microscopi e i metodi di misurazione associati che servono all'analisi delle superfici.

La microscopia a scansione della sonda si riferisce a tutti i tipi di microscopi in cui l'immagine nasce come risultato di un'interazione tra la sonda e il campione. Di conseguenza, questi metodi differiscono sia dalla microscopia ottica che dalla microscopia elettronica a scansione. In questo caso, non vengono utilizzate lenti ottiche né elettroniche-ottiche.

Con il microscopio a sonda di scansione, la superficie del campione viene scansionata in modo grigliato pezzo per pezzo utilizzando una sonda. In questo modo, i valori misurati vengono prodotti per ogni singola posizione, che vengono infine assemblati, dando come risultato un'immagine digitale.

Il metodo della sonda di scansione è stato sviluppato e introdotto per la prima volta nel 1981 da Rohrer e Binnig. Si basa sull'effetto tunnel che sorge tra una punta metallica e una superficie conduttiva. Questo effetto costituisce la base per tutti i metodi sviluppati successivamente della microscopia a sonda di scansione.

Forme, tipi e tipi

Esistono diversi tipi di microscopi a sonda di scansione che differiscono principalmente nell'interazione tra la sonda e il campione. Il punto di partenza fu la microscopia a tunnel di scansione, che nel 1982 rese possibile per la prima volta la produzione di una rappresentazione atomicamente risolta di superfici elettricamente conduttive. Negli anni seguenti si svilupparono numerosi altri metodi di microscopia con sonda a scansione.

Nel microscopio a tunnel di scansione, viene applicata una tensione tra la superficie del campione e la punta. La corrente del tunnel viene misurata tra il campione e la punta, che non deve toccare. Nel 1984 fu inizialmente sviluppata la microscopia ottica a campo vicino. Qui la luce viene emessa da una sonda attraverso il campione. Nel microscopio a forza atomica, la sonda viene deviata per mezzo di forze atomiche. Di norma, vengono utilizzate le cosiddette forze di Van der Waals. La deflessione della sonda ha una relazione proporzionale alla forza, che viene determinata in base alla costante elastica della sonda.

La microscopia a forza atomica è stata sviluppata nel 1986. All'inizio, i microscopi a forza atomica operavano sulla base di una punta del tunnel, che funge da rivelatore. Questa punta del tunnel determina la distanza effettiva tra la superficie del campione e il sensore. La tecnica utilizza la tensione di tunneling esistente tra la parte posteriore del sensore e la punta di rilevamento.

Attualmente, questo metodo è stato in gran parte sostituito dal principio di rilevazione, in cui la rilevazione viene effettuata per mezzo di un raggio laser, che funge da puntatore luminoso. Questo è anche chiamato microscopio a forza laser. Inoltre, è stato sviluppato un microscopio a forza magnetica in cui le forze magnetiche tra la sonda e il campione servono come base per determinare i valori misurati.

Nel 1986 è stato sviluppato anche il microscopio a scansione a caldo, in cui un minuscolo sensore funge da sonda di scansione. Esiste anche un cosiddetto microscopio a campo vicino a scansione ottica in cui l'interazione tra sonda e campione è costituita da onde evanescenti.

Struttura e funzionalità

In linea di principio, tutti i tipi di microscopi a sonda di scansione hanno in comune il fatto di scansionare la superficie del campione in una griglia. In questo caso, viene utilizzata l'interazione tra la sonda del microscopio e la superficie del campione. Questa interazione differisce in base al tipo di microscopio con sonda a scansione. La sonda è enorme rispetto al campione testato e tuttavia in grado di rilevare le caratteristiche superficiali minime del campione. In particolare, l'atomo principale sulla punta della sonda è rilevante qui.

La microscopia con sonda a scansione consente risoluzioni fino a 10 picometri. In confronto, la dimensione degli atomi è nell'intervallo di 100 picometri. L'accuratezza dei microscopi luminosi è limitata dalla lunghezza d'onda della luce. Per questo motivo, con questo tipo di microscopio sono possibili solo risoluzioni da circa 200 a 300 nanometri. Ciò corrisponde a circa metà della lunghezza d'onda della luce. Pertanto, in un microscopio elettronico a scansione, al posto della luce viene utilizzata la radiazione elettronica. Aumentando l'energia, la lunghezza d'onda può teoricamente essere ridotta. Una lunghezza d'onda troppo piccola, tuttavia, distruggerebbe il campione.

Benefici medici e sanitari

Utilizzando un microscopio con sonda a scansione, non è solo possibile scansionare la superficie di un campione. Invece, i singoli atomi possono anche essere prelevati dal campione e depositati nuovamente in un punto fisso.

Dall'inizio degli anni '80, lo sviluppo della microscopia con sonda a scansione è progredito rapidamente. Le nuove possibilità di una risoluzione migliorata di molto inferiore a un micrometro erano un prerequisito essenziale per i progressi nel campo delle nanoscienze e delle nanotecnologie, in particolare dagli anni '90.

Sulla base dei metodi di base della scansione al microscopio con sonda, oggi sono divisi molti altri sotto-metodi. Questi sfruttano vari tipi di interazione tra la punta della sonda e la superficie del campione.

I microscopi a scansione di sonda svolgono un ruolo vitale in campi di ricerca come la nanochimica, la nanobiologia, la nanobiochimica e la nanomedicina. I microscopi a sonda di scansione vengono persino utilizzati per esplorare altri pianeti come Marte.

I microscopi a sonda di scansione utilizzano una speciale tecnica di posizionamento, che si basa sul cosiddetto effetto piezoelettrico. Il dispositivo di spostamento della sonda è controllato dal computer e consente un posizionamento estremamente preciso. Ciò consente di scansionare le superfici dei campioni in modo controllato e di assemblare i risultati delle misurazioni in una rappresentazione ad altissima risoluzione.

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