Унікальні переваги скануючої зондової мікроскопії
Скануюча зондова мікроскопія (SPM) працює за принципом виявлення взаємодії між різними фізичними властивостями в мікроскопічному або мезоскопічному діапазоні на основі сканування дуже тонкого зонда атомної лінійності над поверхнею досліджуваної речовини, щоб отримати властивості поверхні досліджуваної речовини. Основна відмінність між різними типами СЗМ полягає в характеристиках наконечників і відповідних режимах взаємодії наконечників із зразком.
Принцип роботи походить від принципу тунелювання в квантовій механіці. В його основі лежить наконечник, який може сканувати поверхню зразка з певною напругою зміщення між ним і зразком і діаметр якого відповідає атомному масштабу. Оскільки ймовірність тунелювання електронів показує негативну експоненціальну залежність від ширини потенційного бар’єру V(r), коли відстань між кінчиком голки та зразком дуже близька, потенційний бар’єр між ними стає дуже тонким, і електронні хмари перекривають одна одну, і, прикладаючи напругу між кінчиком голки та зразком, електрони можуть переноситися від кінчика до зразка або від зразка до кінчика голки через ефект тунелювання, щоб утворити тунелювання. поточний. Записуючи зміни в тунельному струмі між наконечником і зразком, можна отримати інформацію про морфологію поверхні зразка.
SPM має унікальні переваги перед іншими методами аналізу поверхні:
(1) Висока роздільна здатність на атомарному рівні з роздільною здатністю 0.1 нм у паралельному та 0.01 нм у перпендикулярному напрямку до поверхні зразка, де можна розділити окремі атоми.
(2) Тривимірне зображення поверхні в реальному просторі можна отримати в реальному часі, яке можна використовувати для дослідження періодичних або неперіодичних поверхневих структур, і цю спостережувану продуктивність можна використовувати для дослідження динамічних процесів наприклад поверхнева дифузія.
(3) Можна спостерігати локальну поверхневу структуру одного атомного шару, а не окреме зображення чи середню природу всієї поверхні, і, таким чином, можна безпосередньо спостерігати поверхневі дефекти, реконструкцію поверхні, морфологію та розташування поверхневі адсорбати та реконструкція поверхні, викликана адсорбатами.
(4) Він може працювати в різних середовищах, таких як вакуум, атмосфера, кімнатна температура тощо, і навіть може занурювати зразок у воду та інші розчини, що не вимагає спеціальних методів відбору та не пошкоджує зразок під час виявлення. процес. Ці особливості особливо підходять для дослідження біологічних зразків і оцінки поверхні зразка в різних експериментальних умовах, наприклад для багатофазного каталітичного механізму, механізму надпровідності та моніторингу змін поверхні електродів під час електрохімічних реакцій.
(5) У поєднанні зі скануючою тунельною спектроскопією (STS) можна отримати інформацію про електронну структуру поверхні, таку як щільність станів на різних рівнях поверхні, поверхневі електронні пастки, зміну поверхневих потенційних бар’єрів. і структура енергетичної щілини.
