(SPM 1981’de, STM’un keşfiyle bulundu)
Taramalı prob mikroskoplarda (SPM) keskin
ince uçlu bir probun, bir örnek boyunca hareket ederken örnekle olan etkileşimi
kaydedilir. İnce ucun çalışma kısmı 10 nm kadardır. Prob mikroskoplarda
uç-yüzey mesafesi 0.1-10 nm’dir. Farklı prob mikroskoplarda uç yüzeyle çeşitli
şekillerde etkileştirilebilir. Ucun yüzeyle etkileşimi P parametresiyle
karakterize edildiğinde; uç-örnek mesafesi üzerinde P = P (z) bağımlılığı
vardır. Dolayısıyla uç ve örnek arasındaki mesafeyi (z) kontrol eden geri
besleme sisteminde P kullanılabilir (Şekil-1).
Geri besleme sistemi P parametresini sabit
tutar (P = P0, operatör tarafından ayarlanır). Eğer uç-örnek
mesafesi değişirse P de değişir ve geri besleme sistemindeki P değişir;
değişiklik (diferansiyel sinyal) sistemde büyütülerek uç-örnek açıklığını
kontrol eden piezo transdusere (PT) iletilir. Transduser DP sinyalini kullanarak P’yi ilk değerine
gelecek şekilde uç-örnek mesafesini değiştirir (diferansiyel sinyal yaklaşık
olarak sıfırlanır); örnek-uç mesafesi büyük bir doğrulukla (~ 0.01 Å) kontrol
altında tutulur. Uç, örnek yüzeyi boyunca hareket ederken P örnek topografyası
nedeniyle sürekli olarak değişir ve geribesleme sistemi uç-örnek mesafesini her
seferinde ilk değerine getirir (P0). Yani, uç örnek üzerinde bir x,y
noktasına hareket ettirildiğinde transdusere beslenen sinyal V(x,y), örnek
yüzeyinin ideal düzlem X,Y(z = 0) ‘den olan lokal sapmasıyla orantılıdır. Bu
durum V(x,y) değerleri kullanılarak örneğin yüzey topografyası ve SPM görüntüsü
alınmasını sağlar. Tarama boyunca, uç önce örneğin üstünden bir hat boyunca
hareket eder (hat taraması), sinyal değeri transdusere gider, bilgisayar
hafızasına kaydolur. Sonra uç tekrar başlama noktasına döner, sonraki tarama
başlar (yapı taraması), ve proses tekrarlanır. Tarama boyunca kaydedilen geri
besleme sinyali bilgisayarda işlenir ve SPM yüzey topografi görüntüsü Z = f
(x,y) grafik olarak kaydedilir.
Örnek topografyasının incelenmesi yanında,
prob mikroskoplar çeşitli yüzey özelliklerinin araştırılmasına da olanak verir;
örneğin, mekanik, elektrik, magnetik, optik özellikler. SPM teknikleri çok
çeşitlidir; örneğin,
·
Taramalı Tünelleme mikroskopi (STM)
·
Taramalı Kuvvet Mikroskopi (SFM)
·
Taramalı Yakın Alan Optik Mikroskopi (SNOM)
·
Taramalı Elektrokimyasal Mikroskopi (SECM)
·
Taramalı Kapasitans Mikroskopi (SCaM)
·
Taramalı İyon İletim Mikroskopi (SICM)
·
Taramalı Termal Mikroskopi (SThM)
·
Taramalı Yakın Alan Akustik Mikroskopi (SNAM)
En yaygın prob mikroskopi teknikleri üç temel
sınıfta toplanır; bunlar, taramalı tünelleme mikroskobu (STM), bir taramalı
kuvvet mikroskobu olan atomik kuvvet mikroskobu (AFM), ve taramalı yakın alan
optik mikroskobudur (SNOM).
Şekil-1: Bir prob mikroskopta geribesleme sisteminin blok
diyagramı
Şekil-2: Tipik taramalı prob mikroskop (SPM)
tipleri
