Un microscopio de sonda de barrido es cualquiera de los varios microscopios que producen imágenes de superficie tridimensionales con gran detalle, incluida la escala atómica. Dependiendo de la técnica de microscopía utilizada, algunos de estos microscopios también pueden medir las propiedades físicas de un material, incluida la corriente eléctrica, la conductividad y los campos magnéticos. El primer microscopio de sonda de barrido, llamado microscopio de túnel de barrido (STM), se inventó a principios de la década de 1980. Los inventores del STM ganaron el premio Nobel de física unos años más tarde. Desde entonces, se han inventado varias otras técnicas, basadas en los mismos principios básicos.
Todas las técnicas de microscopía de sonda de barrido implican un pequeño barrido de punta afilada de la superficie del material, ya que los datos se adquieren digitalmente del barrido. La punta de la sonda de escaneo debe ser más pequeña que las características de la superficie que se escanea para producir una imagen precisa. Estas puntas deben reemplazarse cada pocos días. Por lo general, se montan en voladizos y, en muchas técnicas de SPM, se mide el movimiento del voladizo para determinar la altura de la superficie.
En la microscopía de túnel de barrido, se aplica una corriente eléctrica entre la punta de barrido y la superficie que se está estudiando. Esta corriente se mantiene constante ajustando la altura de la punta, generando así una imagen topográfica de la superficie. Alternativamente, la altura de la punta puede mantenerse constante mientras se mide la corriente cambiante para determinar la altura de la superficie. Dado que este método utiliza corriente eléctrica, solo es aplicable a materiales que son conductores o semiconductores.
Varios tipos de microscopios de sonda de barrido se incluyen en la categoría de microscopía de fuerza atómica (AFM). A diferencia de la microscopía de túnel de barrido, AFM se puede utilizar en todo tipo de materiales, independientemente de su conductividad. Todos los tipos de AFM utilizan alguna medida indirecta de la fuerza entre la punta de escaneo y la superficie para producir la imagen. Por lo general, esto se logra mediante una medición de la deflexión del voladizo. Los diversos tipos de microscopios de fuerza atómica incluyen AFM de contacto, AFM sin contacto y AFM de contacto intermitente. Varias consideraciones determinan qué tipo de microscopía de fuerza atómica es mejor para una aplicación particular, incluida la sensibilidad del material y el tamaño de la muestra a escanear.
Hay algunas variaciones en los tipos básicos de microscopía de fuerza atómica. La microscopía de fuerza lateral (LFM) mide la fuerza de torsión en la punta de escaneo, que es útil para mapear la fricción de la superficie. La microscopía de capacitancia de barrido se utiliza para medir la capacitancia de la muestra y al mismo tiempo producir una imagen topográfica AFM. Los microscopios conductivos de fuerza atómica (C-AFM) utilizan una punta conductora de forma muy similar a la de STM, por lo que producen una imagen topográfica AFM y un mapa de la corriente eléctrica. La microscopía de modulación de fuerza (FMM) se utiliza para medir las propiedades elásticas de un material.
También existen otras técnicas de microscopio de sonda de barrido para medir propiedades distintas de la superficie tridimensional. Los microscopios de fuerza electrostática (EFM) se utilizan para medir la carga eléctrica en una superficie. A veces se utilizan para probar chips de microprocesador. La microscopía térmica de barrido (SThM) recopila datos sobre la conductividad térmica y mapea la topografía de la superficie. Los microscopios de fuerza magnética (MFM) miden el campo magnético en la superficie junto con la topografía.