Унікальні переваги скануючої зондової мікроскопії
Передмова:
У 1980-х роках народився новий тип приладу для аналізу поверхні, заснований на фізиці та об’єднаний різноманітними сучасними технологіями, скануючий зондовий мікроскоп (СТМ). СТМ має не лише високу просторову роздільну здатність (до O,1). нм у поперечному напрямку та краще, ніж 0,01 нм у поздовжньому напрямку), що дозволяє безпосередньо спостерігати. Він не тільки має високу просторову роздільну здатність (0,1 нм по горизонталі та 0,01 нм по вертикалі), він може безпосередньо спостерігати атомну структуру на поверхні матерії, але він також може маніпулювати атомами та молекулами, таким чином впливаючи на природу суб’єктивною волею людини. Можна сказати, що скануючий зондовий мікроскоп є продовженням людських очей і рук і є кристалізацією людської мудрості.
Принцип роботи скануючої зондової мікроскопії базується на різних фізичних властивостях у мікроскопічному або мезоскопічному діапазоні, і взаємодія між ними виявляється за допомогою дуже тонкого датчика атомної лінійності, що сканується над поверхнею досліджуваної речовини, щоб визначити Щоб отримати поверхневі властивості досліджуваної речовини, головна відмінність між різними типами СЗМ полягає у відмінностях у характеристиках їхніх голок і відповідних способах взаємодії із зразками голок.
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, утворюючи тунель 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.
