术语“扫描探针显微镜”涵盖了用于分析表面的一系列显微镜和相关测量技术。 因此，这些技术属于表面和界面物理。 扫描探针显微镜的特征在于将测量探针以小距离通过表面。
什么是扫描探针显微镜？
术语“扫描探针显微镜”涵盖了用于分析表面的一系列显微镜及其相关测量技术。 扫描探针显微镜是指由于探针和样品之间的相互作用而形成图像的所有类型的显微镜。 因此，这些方法不同于光学显微镜和扫描电子显微镜。 在此，光学透镜和电子光学透镜均未使用。 在扫描探针显微镜中，借助于探针逐个扫描样品的表面。 通过这种方式，可以获得每个单独点的测量值，最后将这些测量值组合起来以生成数字图像。 扫描探针法最早由Rohrer和Binnig于1981年提出并提出。它基于金属尖端与导电表面之间的隧道效应。 这种效果构成了以后开发的所有扫描探针显微镜技术的基础。
形状，类型和样式
存在几种类型的扫描探针显微镜，主要区别在于探针和样品之间的相互作用。 起点是扫描隧道显微镜，它于1982年首次允许对导电表面进行原子分辨率成像。在随后的几年中，开发了许多其他扫描探针显微镜技术。 在扫描隧道显微镜中，在样品表面和尖端之间施加电压。 测量样品和尖端之间的隧道电流，并且它们不得相互接触。 1984年，光学近场显微镜首次被开发出来。 在这里，光从探头开始穿过样品。 在原子力显微镜中，探针是通过原子力偏转的。 通常使用所谓的范德华力。 探头的挠度与力成比例关系，该力根据探头的弹簧常数确定。 原子力显微镜是1986年开发的。起初，原子力显微镜是在作为检测器的隧道尖端的基础上工作的。 该通道尖端确定了样品表面与传感器之间的实际距离。 该技术利用存在于传感器背面和检测尖端之间的隧道电压。 在近代，该技术已被检测原理所取代，该检测原理是使用充当光指示器的激光束进行检测的。 这也被称为激光显微镜。 另外，开发了磁力显微镜，其中探针和样品之间的磁力用作确定测量值的基础。 1986年，还开发了扫描热显微镜，其中一个微小的传感器充当扫描探针。 还有一种所谓的扫描近场光学显微镜，其中探针和样品之间的相互作用由e逝波组成。
结构与运作
原则上，所有类型的扫描探针显微镜都有一个共同点，即它们以网格形式扫描样品的表面。 这利用了显微镜的探针和样品表面之间的相互作用。 这种相互作用因扫描探针显微镜的类型而异。 与被检查的样品相比，该探头巨大，但能够检测样品的微小表面特征。 在这一点上特别相关的是探针尖端处的最前原子。 使用扫描探针显微镜，分辨率最高可达10皮米。 为了比较，原子的大小在100皮克的范围内。 光学显微镜的精度受光波长的限制。 因此，使用这种显微镜只能获得约200至300纳米的分辨率。 这大约相当于光的波长的一半。因此，扫描电子显微镜使用电子辐射代替光。 通过增加能量，在理论上可以使波长任意短。 但是，太短的波长会破坏样品。
医疗和健康福利
使用扫描探针显微镜，不仅可以扫描样品的表面。 取而代之的是，还可以从样品中拾取单个原子，然后将其放回预定位置。 自1980年代初以来，扫描探针显微镜的发展迅速。 分辨率远低于一微米的新可能性代表了纳米科学和纳米技术发展的主要前提。 这种发展尤其是自1990年代以来发生的。 基于扫描探针显微镜的基本方法，如今细分了许多其他子方法。 这些利用探针尖端和样品表面之间的不同类型的相互作用。 因此，扫描探针显微镜在诸如纳米化学，纳米生物学，纳米生物化学和纳米医学的研究领域中起着至关重要的作用。 扫描探针显微镜甚至还用于探索其他行星，例如火星。 扫描探针显微镜利用基于所谓的压电效应的特殊定位技术。 用于移动探针的装置由计算机控制，并且能够进行高度精确的定位。 这允许以受控的方式扫描样品的表面，并将测量结果组装成一个非常高分辨率的图像。
