Avantajele unice ale microscopiei cu sondă de scanare
Principiul de funcționare al microscopului cu sondă de scanare se bazează pe diferite caracteristici fizice în domeniul microscopic sau mezoscopic și detectează interacțiunea dintre cele două la scanarea suprafeței substanței care urmează să fie studiată de o sondă subțire atomic, astfel încât să se obțină To studiază proprietățile de suprafață ale materiei, principala diferență dintre diferitele tipuri de SPM este proprietățile vârfului lor și modul corespunzător în care vârful interacționează cu proba.
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 are un diametru de scară atomică. Deoarece probabilitatea tunelului de electroni are o relație exponențială negativă cu lățimea barierei de potențial V(r), când distanța dintre vârf și probă este foarte apropiată, bariera potențială dintre ele devine foarte subțire, iar norii de electroni se suprapun reciproc. Când se aplică o tensiune, 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 modificării curentului de tunel între vârful acului și probă, se pot obține informații despre topografia suprafeței probei.
În comparație cu alte tehnici de analiză a suprafeței, SPM are avantaje unice:
(1) Are rezoluție înaltă la nivel atomic. Rezoluția STM în direcția paralelă și perpendiculară pe suprafața probei poate ajunge la 0.1nm și, respectiv, 0.01nm, iar atomii unici pot fi rezolvați.
(2) Imaginea tridimensională a suprafeței în spațiu real poate fi obținută în timp real, care poate fi utilizată pentru studiul structurii suprafeței periodice sau neperiodice. Această performanță observabilă poate fi utilizată pentru studiul proceselor dinamice, cum ar fi difuzia de suprafață.
(3) Este posibil să se observe structura locală a suprafeței unui singur strat atomic, mai degrabă decât imaginea individuală sau proprietățile medii ale întregii suprafețe, astfel încât defectele de suprafață, reconstrucția suprafeței, morfologia și poziția adsorbanților de suprafață și modificările produse de adsorbanţi pot fi observate direct. Reconstituirea suprafeței etc.
(4) Poate funcționa în diferite medii, cum ar fi vid, atmosferă și temperatura normală, și chiar scufunda proba în apă și alte soluții, fără tehnologie specială de preparare a probei, iar procesul de detectare nu va deteriora proba. Aceste caracteristici sunt potrivite în special pentru studiul probelor biologice și evaluarea suprafețelor probei în diferite condiții experimentale, cum ar fi monitorizarea mecanismelor catalitice eterogene, mecanismele supraconductoare și modificările suprafeței electrodului în timpul reacțiilor electrochimice.
(5) Cooperând cu STS (Scanning Tunneling Spectroscopy), pot fi obținute informații despre structura electronică de suprafață, cum ar fi densitatea stărilor la diferite niveluri ale suprafeței, puțurile de electroni de suprafață, modificările barierelor de potențial de suprafață și structurile decalajului de energie.
