Die Atomsonde ist ein Mikroskop mit Auflösungsvermögen zum Betrachten und Analysieren von Objekten in atomarer Größe. Konkret wird eine Atomsonde im Bereich der Materialwissenschaften eingesetzt, einer Disziplin, die die verschiedenen Eigenschaften der Materie auf andere Wissenschaften und den Maschinenbau überträgt. Das Gerät ermöglicht es Wissenschaftlern, die molekulare Struktur auf atomarer Ebene zu untersuchen und die makroskopischen Eigenschaften der Materialien zu bestimmen. Angewandte Physik, Chemie, Nanowissenschaften und Forensik nutzen das Instrument alle, um die Merkmale der für die Forschung notwendigen Komponenten zu identifizieren.
Eine der wichtigen Facetten des Atomsondenmikroskops ist der Einsatz der Time-in-Flight-Spektroskopie-Technologie. Diese Technik misst den Zeitrahmen, in dem ein Atom oder andere Objekte durch ein bestimmtes Medium wandern. Es kann auch bei verschiedenen Energieereignissen wie elektromagnetischen Wellen verwendet werden. Der Zweck besteht darin, die Geschwindigkeit oder Länge des Pfades zu bestimmen und die Strömungsgeschwindigkeit eines Partikels oder anderer Phänomene zu bestimmen. Grundsätzlich wird ein elektrisches Feld verwendet, um die Ionen in einem Medium zu beschleunigen, das kinetische Energie messen kann und verwendet wird, um die Geschwindigkeit zu bestimmen.
Die Feldionenmikroskopie wird auch in der Atomsonde als Analysetechnik verwendet. Dies identifiziert das Bild und die Zusammensetzung von Atomen innerhalb der Oberfläche der scharfen Metallspitze eines Objekts. Der Radius muss weniger als 50 Nanometer betragen und in einer Vakuumkammer mit extrem niedrigen Drücken platziert werden. Ein Bildgebungsgas wie Helium oder Neon wird eingeführt, während kryogene Temperaturen eingestellt werden. Nachdem ein elektrisches Feld initiiert wurde, werden die Ionen positiv geladen und vergrößern die Zusammensetzung der Spitze.
Eine der fortschrittlichsten Formen dieser Technologie ist die Atomsondentomographie. Dabei wird ein positionsempfindlicher Detektor verwendet, um dreidimensionale Bilder zu erzeugen. Diese Verbesserung der Technik unter Verwendung von Laserpulsen kann verwendet werden, um die Komponenten anderer Materialien als Metalle zu betrachten. Bestimmte Halbleitermaterialien wie Silizium oder andere isolierende Materialien können mit dieser Methode der Atomsondentechnologie analysiert werden.
Die Atomsonde wurde in erster Linie 1967 vom deutschen Physiker Erwin Wilhelm Müller entworfen. Weitere Wissenschaftler wie JA Panitz und S. Brooks McLane erweiterten das Konzept damals. Doch erst mit der Kommerzialisierung der lasergepulsten Atomsonde im Jahr 2005 setzte sich die Technologie in den Materialwissenschaften durch.