Avantajele unice ale microscopiei cu sondă de scanare
Principiul de funcționare al unui microscop cu sondă de scanare se bazează pe diferite proprietăți fizice în domeniul micro sau mezoscopic. Interacțiunea dintre cele două este detectată prin scanarea suprafeței substanței studiate cu o sondă atomică extrem de fină, pentru a obține caracteristicile de suprafață ale substanței studiate. Principala diferență dintre diferitele tipuri de SPM este caracteristicile vârfului acului și metodele de interacțiune a probei corespunzătoare vârfului acului.
Principiul de lucru provine din principiul tunelului din mecanica cuantică. Miezul său este un vârf de ac care poate scana pe suprafața probei și are o anumită tensiune de polarizare între acesta și eșantion, cu un diametru de scară atomică. Datorită relației exponențiale negative dintre probabilitatea tunelului de electroni și lățimea barierei de potențial V (r), atunci când distanța dintre vârf și probă este foarte apropiată, bariera de potențial devine foarte subțire, iar norii de electroni se suprapun cu reciproc. Prin aplicarea unei tensiuni între vârf și probă, electronii pot fi transferați de la vârf la probă sau de la probă la vârf prin efectul de tunel, formând un curent de tunel. Prin înregistrarea modificărilor curentului de tunel între vârful acului și probă, se pot obține informații despre morfologia suprafeței probei.
În comparație cu alte tehnici de analiză a suprafeței, SPM are avantaje unice:
(1) Are rezoluție ridicată la nivel atomic. Rezoluția STM în direcția paralelă și perpendiculară pe suprafața probei poate atinge 0.1nm și respectiv 0.01nm, ceea ce poate distinge atomi individuali.
(2) Pot fi obținute imagini 3D în timp real ale suprafețelor din spațiul real, care pot fi utilizate pentru studierea structurilor de suprafață cu sau fără periodicitate. Această performanță observabilă poate fi utilizată pentru studierea proceselor dinamice, cum ar fi difuzia de suprafață.
(3) Structura locală a suprafeței unui singur strat atomic poate fi observată, mai degrabă decât proprietățile medii ale imaginii individuale sau ale întregii suprafețe. Prin urmare, defectele de suprafață, reconstrucția suprafeței, morfologia și poziția adsorbanților de suprafață și reconstrucția suprafeței cauzate de adsorbanți pot fi observate direct.
(4) Poate funcționa în diferite medii, cum ar fi vid, atmosferă și temperatura camerei, și chiar scufunda proba în apă și alte soluții fără a fi nevoie de tehnici speciale de preparare a probei, iar procesul de detectare nu dăunează proba. Aceste caracteristici sunt deosebit de potrivite pentru studierea probelor biologice și evaluarea suprafeței probelor în diferite condiții experimentale, cum ar fi monitorizarea mecanismului catalitic multifazic, mecanismul supraconductor și modificările suprafeței electrodului în timpul reacțiilor electrochimice.
(5) Prin cooperarea cu Scanning Tunneling Spectroscopy (STS), pot fi obținute informații despre structurile electronice de suprafață, cum ar fi densitatea stărilor la diferite niveluri ale suprafeței, godeurile de electroni de suprafață, modificările barierelor de potențial de suprafață și structurile decalajului de energie.
