多機能走査プローブ顕微鏡は、走査プローブ顕微鏡(SPM)技術とその他の多くの機能を組み合わせた高解像度表面分析ツールである。それは超高い空間分解能を持ち、ナノスケールの表面形態と局所物理、化学性質を探知することができ、同時に多種の測定モードを備え、物理、化学、生物などの多分野の研究に適している。利点は、従来の走査プローブ顕微鏡の表面イメージングを提供するだけでなく、原子間力顕微鏡(AFM)、走査トンネル顕微鏡(STM)、電流、磁性、熱伝導率などの多機能試験を行うことができることにある。

多機能走査プローブ顕微鏡の主要構成部分:
1.走査プローブ:プローブは走査プローブ顕微鏡のコアコンポーネントである。通常、非常に鋭い金属またはセラミック材料で構成され、先端の半径はナノメートルレベルに達することができます。プローブの形態、先端の寸法、材料などの要素は測定の精度と品質に影響を与える。
2.走査プラットフォーム:走査プラットフォームはサンプルを支持する部分であり、三次元微小精度の移動を実現することができる。プラットフォームは通常、高精度のモーターによって駆動され、サンプルのX、Y、Z方向の微小な変位を実現し、サンプル表面全体をスキャンすることができる。
3.レーザー反射システム:AFMモードでは、レーザービームはプローブ上に反射されたミラーを通して、プローブの微小変位変化を正確に測定することができ、それによってサンプル表面の高さ情報を取得することができる。
4.コントローラとデータ収集システム:制御システムはスキャンパラメータ(スキャンレート、プローブとサンプル間の距離など)を調整し、収集したデータに対して処理と分析を行う。データ収集システムは通常、高感度の増幅器とデジタル化機器を結合し、プローブとサンプルの相互作用情報をコンピュータ識別可能な信号に変換する。
5.機能モジュール:特殊機能モジュールは電気学、磁気学、熱学などの測定モジュールを含む。これらのモジュールは、異なる測定モードの切り替えと試験を実現するために顕微鏡システムに実装することができる。
多機能走査プローブ顕微鏡の主な機能:
1.表面形態測定:高解像度の表面イメージングを提供し、表面の微細構造を明らかにすることができる。AFMモードにより、表面形態の3次元画像を得ることができ、分解能はサブナノメートルレベルに達することができる。
2.局所力測定:AFMモードにおいて、プローブチップとサンプル表面との間の相互作用力はプローブの運動に影響を与え、さらにフィードバック制御システムを通じてこの力の変化を測定する。力−距離曲線により、試料の弾性率、接着力などの力学的性質を得ることができる。
3.電気学と磁気測定:局所電流、電位、局所電気伝導率などの電気学的性質の測定を行うことができる。STMモードでは、サンプル表面の電子構造情報を得ることができ、磁気測定モードは、磁性粒子の分布や相互作用など、材料の局所的な磁気構造を明らかにすることができる。
4.熱伝導率と熱伝導:熱電効果の測定により、材料の熱伝導率を評価することができる。異なる材料の熱伝導率の違いはナノスケールにおいて重要な意義があり、特にナノテクノロジーの分野では、熱学的性質の正確な測定は新しい材料の設計と応用を指導することができる。
5.化学成分分析:他の技術(例えば走査電気化学顕微鏡(SECM))と結合して、表面の化学成分分析を行い、局所電気化学反応を通じてサンプルの化学反応過程を監視することができる。