Сканирующая зондовая микроскопия

Основные принципы

Сканирующая зондовая микроскопия — семейство методов, использующих тонкий зонд (зонд в виде острия) для получения пространственного распределения различных физических величин поверхности с высоким разрешением.

Разрешающая способность достигает атомарного масштаба.
Работа происходит путем сканирования зонда над поверхностью с записью сигналов взаимодействия.

Основные типы СЗМ

Сканирующий туннельный микроскоп (STM)

Измеряет туннельный ток между острием и проводящей поверхностью.
Позволяет визуализировать электронную структуру поверхности на атомном уровне.
Применим к проводящим и полупроводниковым материалам.

Атомно-силовой микроскоп (AFM)

Измеряет силы взаимодействия (ван-дер-ваальсовы, электростатические, магнитные) между острием и образцом.
Позволяет работать с проводящими и непроводящими материалами.
Различают режимы: контактный, не контактный, полу контактный.

Магнитно-силовой микроскоп (MFM)

Вариант AFM, позволяющий регистрировать магнитные силы.
Использует магнитное остриё для картирования магнитного поля поверхности.
Применяется для изучения магнитных доменов в ферромагнитных материалах, включая наночастицы.

Принцип работы

Зонд фиксируется на кончике микромеханического кантилевера.
При сканировании по поверхности измеряется изменение силы, тока, частоты колебаний кантилевера.
Сигнал преобразуется в карту высоты, силы, магнитного поля и др.

Технические аспекты и параметры

Разрешение зависит от остроты зонда и чувствительности детектора.
Частота сканирования и стабильность положения важны для качества изображений.
Работа в вакууме, газах, жидкостях расширяет возможности исследования.

Применение СЗМ в нанофизике

Изучение морфологии наночастиц и их агрегации.
Определение магнитных доменов и их динамики в наноматериалах.
Анализ локальных электрических и магнитных свойств с нанометровым разрешением.
Исследование взаимодействия наночастиц с окружающей средой и другими наноструктурами.

Преимущества и ограничения

Высокое пространственное разрешение.
Возможность получения разнообразной информации (топография, магнитные, электрические, механические свойства).
Ограничение — сложность интерпретации некоторых сигналов, необходимость высокоточного оборудования, сравнительно медленная скорость сканирования.

Эти два направления — магнитные свойства металлических наночастиц и сканирующая зондовая микроскопия — тесно связаны между собой в исследовании наноструктур. СЗМ позволяет непосредственно наблюдать и анализировать магнитные состояния наночастиц, что способствует глубокому пониманию физических механизмов и разработке новых наноматериалов с
заданными свойствами.