Avantajele unice ale microscopului cu sondă de scanare
Când istoria s-a dezvoltat până în anii 1980, a luat naștere un nou microscop cu sondă de scanare a instrumentelor de analiză a suprafeței (STM), care a fost bazat pe fizică și integrat cu multe tehnologii moderne. STM nu numai că are o rezoluție spațială mare (până la O.1nm în direcția orizontală, dar mai bună decât O.01nm în direcția verticală), poate observa direct structura atomică de pe suprafața materiei, dar poate și manipula atomi și molecule, astfel impunând naturii voința subiectivă umană. Se poate spune că microscopul cu sondă de scanare este extinderea ochilor și mâinilor umane și cristalizarea înțelepciunii umane.
Principiul de funcționare al microscopului cu sondă de scanare se bazează pe diferite proprietăți fizice în domeniul microscopic sau mezoscopic, iar interacțiunea dintre ele este detectată prin scanarea sondei ultrafină cu liniaritate atomică deasupra suprafeței substanței studiate, astfel încât să se obțină suprafața caracteristicile substanței studiate. Principala diferență dintre diferitele tipuri de SPM constă în caracteristicile vârfului acului și în modurile de interacțiune corespunzătoare ale probelor de vârf ale acului.
Principiul de lucru provine din principiul tunelului din mecanica cuantică. Miezul său este un vârf de ac care poate scana pe suprafața probei, are o anumită tensiune de polarizare cu proba și diametrul său este la scară atomică. Deoarece probabilitatea tunelului de electroni are o relație exponențială negativă cu lățimea barierei V(r), atunci când distanța dintre vârful acului și probă este foarte apropiată, bariera dintre ei devine foarte subțire, iar norii de electroni se suprapun pe fiecare. alte. Când se aplică o tensiune între vârful acului și probă, electronii pot fi transferați de la vârful acului la probă sau de la probă la vârful acului prin efectul de tunel, formând un curent de tunel. Prin înregistrarea schimbării curentului de tunel între vârful acului și probă, se pot obține informații despre morfologia suprafeței probei.
În comparație cu alte tehnologii de analiză a suprafețelor, SPM are avantaje unice:
(1) Are rezoluție mare la nivel atomic. Rezoluția STM în direcția paralelă și perpendiculară pe suprafața probei poate atinge 0.1nm și respectiv 0.01nm, astfel încât un singur atom poate fi distins.
(2) Imaginea tridimensională a suprafeței în spațiul real poate fi obținută în timp real, care poate fi folosită pentru a studia structura suprafeței cu sau fără periodicitate, iar această observabilitate poate fi utilizată pentru a studia procesele dinamice, cum ar fi difuzia de suprafață .
(3) Structura locală a suprafeței unui singur strat atomic poate fi observată în locul proprietăților medii ale unei imagini individuale sau ale întregii suprafețe, astfel încât defecte de suprafață, reconstrucția suprafeței, forma 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, temperatură normală etc., și chiar și proba poate fi scufundată în apă și alte soluții, fără tehnologie specială de preparare a probei, iar procesul de detectare nu afectează eșantionul . Aceste caracteristici sunt potrivite în special pentru studierea probelor biologice și evaluarea suprafeței probelor în diferite condiții experimentale, cum ar fi mecanismul catalitic eterogen, mecanismul supraconductor, monitorizarea modificărilor suprafeței electrodului în timpul reacției electrochimice și așa mai departe.
(5) Cu scanarea spectroscopiei de tunel (STS), se pot obține informații despre structura electronică de suprafață, cum ar fi densitatea stărilor la diferite niveluri ale suprafeței, capcana de electroni de suprafață, modificarea barierei de suprafață și structura decalajului de energie .
