સ્કેનિંગ પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપ શબ્દ માઈક્રોસ્કોપ અને સંબંધિત માપન તકનીકોની શ્રેણીને આવરી લે છે જેનો ઉપયોગ સપાટીઓનું વિશ્લેષણ કરવા માટે થાય છે. જેમ કે, આ તકનીકો સપાટી અને ઇન્ટરફેસિયલ ભૌતિકશાસ્ત્ર હેઠળ આવે છે. સ્કેનિંગ પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપની લાક્ષણિકતા માપન ચકાસણીને નાના અંતરે સપાટી પર પસાર કરીને કરવામાં આવે છે.
સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપ શું છે?
સ્કેનિંગ પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપ શબ્દ માઈક્રોસ્કોપની શ્રેણી અને તેની સંબંધિત માપન તકનીકોને આવરી લે છે જેનો ઉપયોગ સપાટીઓનું વિશ્લેષણ કરવા માટે થાય છે. સ્કેનિંગ પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપ એ તમામ પ્રકારના માઈક્રોસ્કોપનો ઉલ્લેખ કરે છે જેમાં પ્રોબ અને સેમ્પલ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે ઈમેજ રચાય છે. આમ, આ પદ્ધતિઓ ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપી અને સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી બંનેથી અલગ છે. અહીં, ઓપ્ટિકલ કે ઇલેક્ટ્રોન-ઓપ્ટિકલ લેન્સનો ઉપયોગ થતો નથી. સ્કેનિંગ પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપમાં, નમૂનાની સપાટીને પ્રોબની મદદથી ટુકડે ટુકડે સ્કેન કરવામાં આવે છે. આ રીતે, દરેક વ્યક્તિગત સ્પોટ માટે માપેલા મૂલ્યો મેળવવામાં આવે છે, જે અંતે ડિજિટલ ઇમેજ બનાવવા માટે જોડવામાં આવે છે. સ્કેનીંગ પ્રોબ પદ્ધતિ સૌપ્રથમ 1981 માં રોહરર અને બિનીગ દ્વારા વિકસાવવામાં આવી હતી અને રજૂ કરવામાં આવી હતી. તે ટનલ અસર પર આધારિત છે જે ધાતુની ટોચ અને વાહક સપાટી વચ્ચે થાય છે. આ અસર પાછળથી વિકસિત તમામ સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપી તકનીકોનો આધાર બનાવે છે.
આકારો, પ્રકારો અને શૈલીઓ
કેટલાક પ્રકારના સ્કેનિંગ પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપ અસ્તિત્વમાં છે, જે મુખ્યત્વે ચકાસણી અને નમૂના વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં અલગ પડે છે. પ્રારંભિક બિંદુ ટનલિંગ માઇક્રોસ્કોપીનું સ્કેનિંગ હતું, જેણે સૌપ્રથમ 1982 માં વિદ્યુત વાહક સપાટીઓના અણુ-રિઝોલ્યુશન ઇમેજિંગને મંજૂરી આપી હતી. પછીના વર્ષો દરમિયાન, અન્ય અસંખ્ય સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપી તકનીકો વિકસિત થઈ. ટનલિંગ માઇક્રોસ્કોપી સ્કેનિંગમાં, નમૂનાની સપાટી અને ટોચ વચ્ચે વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે. નમૂના અને ટીપ વચ્ચેનો ટનલ પ્રવાહ માપવામાં આવે છે, અને તેઓ એકબીજાને સ્પર્શતા નથી. 1984 માં, ઓપ્ટિકલ નજીક-ક્ષેત્ર માઇક્રોસ્કોપી સૌપ્રથમ વિકસિત કરવામાં આવી હતી. અહીં, પ્રકાશને ચકાસણીથી શરૂ કરીને નમૂના દ્વારા મોકલવામાં આવે છે. અણુ બળ સૂક્ષ્મદર્શક યંત્રમાં, અણુ બળોના માધ્યમથી ચકાસણીને વિચલિત કરવામાં આવે છે. એક નિયમ તરીકે, કહેવાતા વેન ડેર વાલ્સ દળોનો ઉપયોગ થાય છે. ચકાસણીનું વિચલન બળ સાથે પ્રમાણસર સંબંધ દર્શાવે છે, જે ચકાસણીના સ્પ્રિંગ કોન્સ્ટન્ટ અનુસાર નક્કી કરવામાં આવે છે. અણુ બળ માઇક્રોસ્કોપી 1986 માં વિકસાવવામાં આવી હતી. શરૂઆતમાં, અણુ બળ માઇક્રોસ્કોપ ડિટેક્ટર તરીકે કામ કરતી ટનલ ટીપના આધારે કામ કરતા હતા. આ ટનલ ટીપ નમૂનાની સપાટી અને સેન્સર વચ્ચેનું વાસ્તવિક અંતર નક્કી કરે છે. આ ટેકનિક સેન્સરની પાછળ અને ડિટેક્શન ટીપ વચ્ચે અસ્તિત્વમાં રહેલા ટનલ વોલ્ટેજનો ઉપયોગ કરે છે. આધુનિક સમયમાં, આ ટેકનિકને મોટાભાગે ડિટેક્શન સિદ્ધાંત દ્વારા દૂર કરવામાં આવી છે, જ્યાં તપાસ લેસર બીમનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે જે પ્રકાશ પોઇન્ટર તરીકે કાર્ય કરે છે. આને લેસર ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. વધુમાં, એક ચુંબકીય બળ માઇક્રોસ્કોપ વિકસાવવામાં આવ્યું હતું જેમાં ચકાસણી અને નમૂના વચ્ચેના ચુંબકીય દળો માપેલા મૂલ્યો નક્કી કરવા માટેના આધાર તરીકે સેવા આપે છે. 1986 માં, સ્કેનિંગ થર્મલ માઇક્રોસ્કોપ પણ વિકસાવવામાં આવ્યું હતું, જેમાં એક નાનું સેન્સર સ્કેનિંગ પ્રોબ તરીકે કામ કરે છે. ત્યાં એક કહેવાતા સ્કેનિંગ નિયર-ફીલ્ડ ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપ પણ છે, જેમાં પ્રોબ અને સેમ્પલ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં અસ્પષ્ટ તરંગોનો સમાવેશ થાય છે.
રચના અને કામગીરી
સૈદ્ધાંતિક રીતે, તમામ પ્રકારના સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપમાં સમાનતા છે કે તેઓ નમૂનાની સપાટીને ગ્રીડમાં સ્કેન કરે છે. આ માઇક્રોસ્કોપની ચકાસણી અને નમૂનાની સપાટી વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો લાભ લે છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્કેનીંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપના પ્રકારને આધારે અલગ પડે છે. જે નમૂનાની તપાસ કરવામાં આવી રહી છે તેની સરખામણીમાં ચકાસણી વિશાળ છે, તેમ છતાં તે નમૂનાની મિનિટની સપાટીની વિશેષતાઓને શોધવામાં સક્ષમ છે. આ બિંદુએ ખાસ સુસંગતતા એ છે કે તપાસની ટોચ પરનો અણુ સૌથી આગળ છે. સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ કરીને, 10 પિકોમીટર સુધીના રિઝોલ્યુશન શક્ય છે. સરખામણી માટે, અણુઓનું કદ 100 પિકોમીટરની રેન્જમાં છે. પ્રકાશ માઇક્રોસ્કોપની ચોકસાઈ પ્રકાશની તરંગલંબાઇ દ્વારા મર્યાદિત છે. આ કારણોસર, આ પ્રકારના માઈક્રોસ્કોપથી માત્ર 200 થી 300 નેનોમીટરના રિઝોલ્યુશન શક્ય છે. આ પ્રકાશની લગભગ અડધી તરંગલંબાઇને અનુરૂપ છે. તેથી, સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ પ્રકાશને બદલે ઇલેક્ટ્રોન રેડિયેશનનો ઉપયોગ કરે છે. ઊર્જા વધારીને, તરંગલંબાઇને સિદ્ધાંતમાં મનસ્વી રીતે ટૂંકી બનાવી શકાય છે. જો કે, તરંગલંબાઇ જે ખૂબ ટૂંકી હોય તે નમૂનાનો નાશ કરશે.
તબીબી અને આરોગ્ય લાભો
સ્કેનિંગ પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને, માત્ર નમૂનાની સપાટીને સ્કેન કરવી શક્ય નથી. તેના બદલે, નમૂનામાંથી વ્યક્તિગત પરમાણુ પસંદ કરવાનું અને તેમને પૂર્વનિર્ધારિત સ્થાન પર પાછા મૂકવાનું પણ શક્ય છે. 1980 ના દાયકાની શરૂઆતથી, સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપીનો વિકાસ ઝડપથી થયો છે. એક માઈક્રોમીટર કરતા ઘણા ઓછા રિઝોલ્યુશન માટે નવી શક્યતાઓ નેનોસાયન્સ તેમજ નેનો ટેકનોલોજીમાં પ્રગતિ માટે મુખ્ય પૂર્વશરત રજૂ કરે છે. આ વિકાસ ખાસ કરીને 1990 ના દાયકાથી થયો છે. સ્કેનિંગ પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપીની મૂળભૂત પદ્ધતિઓના આધારે, આજકાલ અસંખ્ય અન્ય પેટા-પદ્ધતિઓને પેટાવિભાજિત કરવામાં આવી છે. આ ચકાસણી ટીપ અને નમૂનાની સપાટી વચ્ચે વિવિધ પ્રકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો ઉપયોગ કરે છે. આમ, નેનોકેમિસ્ટ્રી, નેનોબાયોલોજી, નેનોબાયોકેમિસ્ટ્રી અને નેનોમેડિસિન જેવા સંશોધન ક્ષેત્રોમાં સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપ આવશ્યક ભૂમિકા ભજવે છે. સ્કેનિંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ મંગળ જેવા અન્ય ગ્રહોની શોધખોળ કરવા માટે પણ થાય છે. સ્કેનિંગ પ્રોબ માઈક્રોસ્કોપ કહેવાતી પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર પર આધારિત વિશિષ્ટ સ્થિતિ તકનીકનો ઉપયોગ કરે છે. ચકાસણીને વિસ્થાપિત કરવા માટેનું ઉપકરણ કમ્પ્યુટરથી નિયંત્રિત થાય છે અને અત્યંત ચોક્કસ સ્થિતિને સક્ષમ કરે છે. આનાથી નમૂનાઓની સપાટીઓને નિયંત્રિત રીતે સ્કેન કરવાની અને માપન પરિણામોને ખૂબ જ ઉચ્ચ-રિઝોલ્યુશન ઈમેજમાં એસેમ્બલ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
