Beneficii unice ale microscopiei cu sonde de scanare
Prefaţă:
Când istoria sa dezvoltat în anii 1980, a luat naștere un nou tip de instrument de analiză a suprafeței bazat pe fizică și care integrează o varietate de tehnologii moderne, microscopul cu sondă de scanare (STM). STM nu are doar o rezoluție spațială mare (până la O,1 nm în direcția transversală și mai bine decât O,01 nm în direcția longitudinală), care este capabil să observe direct nu numai că are o rezoluție spațială mare (O,1 nm pe orizontală și O,01 nm pe verticală), poate observa direct structura atomică de pe suprafața materiei, dar poate și manipula atomi și molecule, exercitând astfel voința subiectivă a ființelor umane asupra naturii. Se poate spune că microscopul cu sondă de scanare este extensia ochilor și mâinilor umane și este cristalizarea înțelepciunii umane.
Principiul de funcționare al microscopiei cu sondă de scanare se bazează pe diverse proprietăți fizice în domeniul microscopic sau mezoscopic, iar interacțiunea dintre ele este detectată prin intermediul unei sonde foarte fine de scanare a liniarității atomice deasupra suprafeței substanței studiate, pentru a pentru a obține proprietățile de suprafață ale substanței studiate, principala diferență dintre diferitele tipuri de SPM constă în diferențele dintre caracteristicile acelor lor și modurile corespunzătoare de interacțiune cu probele acelor.
Principiul de funcționare este derivat din principiul tunelului prin mecanica cuantică. În miezul său se află un vârf care poate scana suprafața probei cu o anumită tensiune de polarizare între acesta și eșantion și al cărui diametru este la scara atomică. Deoarece șansa tunelului de electroni arată o relație exponențială negativă cu lățimea barierei de potențial V(r), atunci când distanța dintre vârful acului și probă este foarte apropiată, bariera de potențial dintre ele devine foarte subțire, iar norii de electroni se suprapun unul pe altul, iar prin aplicarea unei tensiuni între vârful acului și probă, electronii pot fi transferați de la vârf la probă sau de la probă la vârful acului prin efectul de tunel pentru a forma un tunel. actual. Prin înregistrarea modificărilor curentului de tunel între vârf și probă, se pot obține informații despre morfologia suprafeței probei.
SPM are avantaje unice față de alte tehnici de analiză a suprafeței:
(1) Rezoluție înaltă la nivel atomic, cu rezoluții de 0,1 nm în paralel și 0,01 nm în direcția perpendiculară pe suprafața probei, unde atomii individuali pot fi rezolvați.
(2) O imagine tridimensională a suprafeței în spațiu real poate fi obținută în timp real, care poate fi utilizată pentru studiul structurilor de suprafață periodice sau neperiodice, iar această performanță observabilă poate fi utilizată pentru studiul proceselor dinamice cum ar fi difuzia la suprafata.
(3) Este posibil să se observe structura de suprafață locală a unui singur strat atomic mai degrabă decât imaginea individuală sau natura medie a întregii suprafețe și, astfel, este posibil să se observe direct defectele de suprafață, reconstrucția suprafeței, morfologia și localizarea adsorbații de suprafață și reconstrucția suprafeței cauzată de adsorbați.
(4) Poate funcționa în diferite medii, cum ar fi vid, atmosferă, temperatura camerei etc. și poate chiar scufunda proba în apă și alte soluții, care nu necesită tehnici speciale de prelevare a probelor și nu dăunează proba în timpul detectării. proces. Aceste caracteristici sunt adecvate în special pentru studiul probelor biologice și evaluarea suprafeței probei în diferite condiții experimentale, cum ar fi mecanismul catalitic multifazic, mecanismul de supraconductivitate și monitorizarea modificărilor suprafeței electrodului în timpul reacțiilor electrochimice.
(5) În combinație cu spectroscopia de scanare cu tunel (STS), se pot obține informații despre structura electronică a suprafeței, cum ar fi densitatea stărilor la diferite niveluri ale suprafeței, capcanele de electroni de suprafață, variația barierelor de potențial de suprafață. și structura decalajului energetic.
