La sonda atomica è un microscopio con capacità di risoluzione di visualizzazione e analisi di oggetti di dimensioni atomiche. Nello specifico, una sonda atomica viene utilizzata nel campo della scienza dei materiali, disciplina che applica le varie proprietà della materia ad altre scienze e all’industria ingegneristica. Il dispositivo consente agli scienziati di studiare la struttura molecolare a livello atomico e determinare le proprietà macroscopiche dei materiali. Fisica applicata, chimica, nanoscienza e ingegneria forense utilizzano tutti lo strumento per identificare le caratteristiche dei componenti necessari per la ricerca.
Uno degli aspetti importanti del microscopio a sonda atomica è l’uso della tecnologia della spettroscopia time-in-flight. Questa tecnica misura il lasso di tempo in cui impiega un atomo o altri oggetti per viaggiare attraverso un determinato mezzo. Può essere utilizzato anche con vari eventi energetici come le onde elettromagnetiche. Lo scopo è determinare la velocità o la lunghezza del percorso e determinare la portata di una particella o altri fenomeni. Fondamentalmente, un campo elettrico viene utilizzato per accelerare gli ioni in un mezzo, che può misurare l’energia cinetica e viene utilizzato per trovare la velocità.
La microscopia ionica di campo viene utilizzata anche nella sonda atomica come tecnica per l’analisi. Questo identifica l’immagine e la composizione degli atomi all’interno della superficie della punta metallica affilata di un oggetto. Il raggio deve essere inferiore a 50 nanometri e posto all’interno di una camera a vuoto con pressioni estremamente basse. Viene introdotto un gas di imaging come l’elio o il neon, mentre vengono stabilite le temperature criogeniche. Dopo l’avvio di un campo elettrico, gli ioni si caricano positivamente e ingrandiscono la composizione della punta.
Una delle forme più avanzate di questa tecnologia è la tomografia con sonda atomica. Nel processo viene utilizzato un rilevatore sensibile alla posizione per generare immagini tridimensionali. Questo miglioramento della tecnica, utilizzando impulsi laser, può essere utilizzato per visualizzare i componenti di altri materiali oltre ai metalli. Alcuni materiali semiconduttori come silicio o altri materiali isolanti possono essere analizzati utilizzando questo metodo della tecnologia delle sonde atomiche.
La sonda atomica è stata progettata principalmente dal fisico tedesco Erwin Wilhelm Muller nel 1967. Altri scienziati, come JA Panitz e S. Brooks McLane hanno ampliato il concetto all’epoca. Tuttavia, non è stato fino alla commercializzazione della sonda atomica a impulsi laser nel 2005 che la tecnologia è diventata molto diffusa nei campi della scienza dei materiali.