स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप

शब्द के तहत स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप कई सूक्ष्मदर्शी और संबद्ध मापन विधियाँ हैं जिनका उपयोग सतहों के विश्लेषण के लिए किया जाता है। ये तकनीकें इसलिए सतह और इंटरफ़ेस भौतिकी का हिस्सा हैं। स्कैनिंग जांच सूक्ष्मदर्शी में विशेषता होती है कि एक मापने वाली जांच एक छोटी दूरी पर एक सतह पर निर्देशित होती है।

स्कैनिंग जांच सूक्ष्मदर्शी क्या है?

सभी प्रकार के माइक्रोस्कोप जिसमें जांच और नमूने के बीच बातचीत के परिणामस्वरूप छवि बनाई जाती है, स्कैनिंग माइक्रोस्कोप के रूप में संदर्भित किया जाता है। यह इन तरीकों को प्रकाश माइक्रोस्कोपी और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी दोनों से अलग करता है। यहां न तो ऑप्टिकल और न ही इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल लेंस का उपयोग किया जाता है।

स्कैनिंग जांच सूक्ष्मदर्शी के साथ, नमूने की सतह को जांच की मदद से बिट द्वारा स्कैन किया जाता है। इस तरह, प्रत्येक व्यक्तिगत बिंदु के लिए मापा मान प्राप्त किए जाते हैं, जो तब डिजिटल छवि बनाने के लिए संयुक्त होते हैं।

स्कैनिंग जांच विधि पहली बार 1981 में रोहर और बिनीग द्वारा विकसित और प्रस्तुत की गई थी। यह सुरंग प्रभाव पर आधारित है जो धातु की नोक और एक प्रवाहकीय सतह के बीच उत्पन्न होता है। यह प्रभाव बाद में विकसित सभी स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी विधियों के लिए आधार बनाता है।

आकार, प्रकार और प्रकार

विभिन्न प्रकार के स्कैनिंग जांच सूक्ष्मदर्शी होते हैं, जो मुख्य रूप से जांच और नमूने के बीच बातचीत के संबंध में भिन्न होते हैं। प्रारंभिक बिंदु स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी था, जिसने 1982 में पहली बार विद्युत चालित सतहों के एक परमाणु समाधान को सक्षम किया था। अगले वर्षों के दौरान कई अन्य स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी विधियों का विकास हुआ।

स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप के साथ, नमूना और टिप की सतह के बीच एक वोल्टेज लगाया जाता है। सुरंग की धारा को नमूने और टिप के बीच मापा जाता है, जिसे छूने की अनुमति नहीं है। 1984 में ऑप्टिकल निकट-क्षेत्र माइक्रोस्कोपी उभरा। यहां प्रकाश को एक जांच से नमूने के माध्यम से भेजा जाता है। परमाणु बल माइक्रोस्कोप में, जांच को परमाणु बलों के माध्यम से विक्षेपित किया जाता है। आमतौर पर तथाकथित वैन डेर वाल्स बलों का उपयोग किया जाता है। जांच के विक्षेपण का बल के साथ आनुपातिक संबंध होता है, जो जांच के वसंत स्थिरांक के अनुसार निर्धारित होता है।

1986 में परमाणु बल माइक्रोस्कोपी विकसित किया गया था। शुरुआत में, परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी एक सुरंग टिप के आधार पर काम करते थे जो डिटेक्टर के रूप में कार्य करता है। यह सुरंग टिप नमूना की सतह और सेंसर के बीच वास्तविक दूरी को निर्धारित करता है। प्रौद्योगिकी सुरंग वोल्टेज का उपयोग करती है जो सेंसर के पीछे और डिटेक्शन टिप के बीच मौजूद होती है।

आजकल, इस पद्धति को मोटे तौर पर डिटेक्शन सिद्धांत द्वारा बदल दिया गया है, जिसमें एक लेजर बीम का उपयोग करके पता लगाया जाता है जो प्रकाश सूचक के रूप में कार्य करता है। इसे लेजर बल माइक्रोस्कोप के रूप में भी जाना जाता है। इसके अलावा, एक चुंबकीय बल माइक्रोस्कोप विकसित किया गया था जिसमें जांच और नमूने के बीच चुंबकीय बल मापा मूल्यों को निर्धारित करने के लिए आधार के रूप में कार्य करता है।

1986 में स्कैनिंग थर्मल माइक्रोस्कोप भी विकसित किया गया था, जिसमें एक छोटे सेंसर स्कैनिंग जांच के रूप में कार्य करता है। निकट-क्षेत्र माइक्रोस्कोप में एक तथाकथित ऑप्टिकल स्कैनिंग भी है, जिसमें जांच और नमूने के बीच की बातचीत में वाष्पशील तरंगें होती हैं।

संरचना और कार्यक्षमता

सिद्धांत रूप में, सभी प्रकार की स्कैनिंग जांच सूक्ष्मदर्शी में आम है कि वे एक ग्रिड में नमूना की सतह को स्कैन करते हैं। माइक्रोस्कोप की जांच और नमूने की सतह के बीच बातचीत का उपयोग किया जाता है। यह इंटरैक्शन स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप के प्रकार पर निर्भर करता है। नमूने की जांच की तुलना में जांच बहुत बड़ी है, और फिर भी यह नमूना की छोटी सतह विशेषताओं को निर्धारित करने में सक्षम है। जांच की नोक पर सबसे महत्वपूर्ण परमाणु इस बिंदु पर विशेष रूप से प्रासंगिक है।

जांच माइक्रोस्कोपी की मदद से 10 पिकोमीटर तक के संकल्प संभव हैं। तुलना के लिए: परमाणुओं का आकार 100 पिकोमीटर की सीमा में है। प्रकाश सूक्ष्मदर्शी की सटीकता प्रकाश की तरंग दैर्ध्य द्वारा सीमित होती है। इस कारण से, इस प्रकार के सूक्ष्मदर्शी से लगभग 200 से 300 नैनोमीटर के संकल्प ही संभव हैं। यह प्रकाश के लगभग आधे तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है। इसलिए, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में प्रकाश के बजाय इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग किया जाता है। ऊर्जा को बढ़ाकर, सिद्धांत में तरंग दैर्ध्य को इच्छानुसार छोटा किया जा सकता है। हालाँकि, बहुत छोटा तरंगदैर्ध्य नमूने को नष्ट कर देगा।

चिकित्सा और स्वास्थ्य लाभ

स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप की मदद से, नमूना की सतह को स्कैन करना न केवल संभव है। इसके बजाय, व्यक्तिगत परमाणुओं को भी नमूने से हटाया जा सकता है और एक निर्दिष्ट स्थान पर फिर से जमा किया जा सकता है।

1980 के दशक की शुरुआत से, स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी का विकास तेजी से आगे बढ़ा है। सुक्ष्ममापी की तुलना में सुदूर संकल्प के बेहतर समाधान की नई संभावनाएं नैनोसाइंसी और नैनोटेक्नोलॉजी में प्रगति के लिए एक आवश्यक शर्त थी। यह विकास विशेष रूप से 1990 के दशक से हुआ है।

जांच माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग के बुनियादी तरीकों के आधार पर, कई अन्य उप-विधियां आजकल विभाजित हैं। ये जांच टिप और नमूना सतह के बीच विभिन्न प्रकार की बातचीत का लाभ उठाते हैं।

स्कैनिंग जांच सूक्ष्मदर्शी नैनोकैमिस्ट्री, नैनोबायोलॉजी, नैनोबायोकेमिस्ट्री और नैनोकैडिन जैसे अनुसंधान क्षेत्रों में एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं। मंगल जैसे अन्य ग्रहों का पता लगाने के लिए स्कैनिंग जांच सूक्ष्मदर्शी का भी उपयोग किया जाता है।

स्कैनिंग जांच सूक्ष्मदर्शी तथाकथित पाइजो प्रभाव के आधार पर एक विशेष पोजिशनिंग तकनीक का उपयोग करते हैं। जांच को स्थानांतरित करने का उपकरण कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित किया जाता है और अत्यधिक सटीक स्थिति को सक्षम करता है। यह नमूनों की सतहों को नियंत्रित तरीके से स्कैन करने की अनुमति देता है और माप के परिणामों को एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन डिस्प्ले में संयोजित किया जाता है।