Знайомство зі скануючим тунельним електронним мікроскопом
Скануючий тунельний електронний мікроскоп (СТМ) — це свого роду інструмент, який використовує тунельний ефект у квантовій теорії для дослідження структури поверхні речовини, використовуючи ефект квантового тунелювання електронів між атомами для перетворення розташування атомів на поверхні речовини в інформацію про зображення.
вступ
Просвічуюча електронна мікроскопія корисна для спостереження за загальною структурою речовини, але важче проаналізувати структуру поверхні. Це пояснюється тим, що трансмісійна електронна мікроскопія полягає в проходженні через зразок електрики високої енергії для отримання інформації, яка відображає внутрішню інформацію речовини зразка. Хоча скануюча електронна мікроскопія (SEM) може виявити певні стани поверхні, так звана «поверхня», що аналізується, завжди знаходиться на певній глибині, оскільки падаючі електрони завжди мають певну кількість енергії та проникають усередину зразка, а швидкість заплітання також дуже обмежений. Польову емісійну електронну мікроскопію (FEM) та польову іонну мікроскопію (FIM) можна добре використовувати для дослідження поверхні, але зразки мають бути спеціально підготовлені та можуть бути розміщені лише на кінчику дуже тонкої голки, і зразки потрібно здатний витримувати сильне електричне поле, що обмежує сферу його застосування.
Скануюча тунельна електронна мікроскопія (СТМ) працює за зовсім іншим принципом. Він не отримує інформацію про матеріал зразка за допомогою дії електронного променя на зразок (наприклад, просвічуючий і скануючий електронні мікроскопи), а також не вивчає матеріал зразка шляхом його зображення через утворення емітованого струму (наприклад, польова емісія електронів). мікроскопи) за допомогою сильного електричного поля, яке надає електронам у зразку більше енергії, ніж робота відриву, але шляхом зондування тунельного струму на поверхні зразка, який можна використовувати для зображення поверхні. Вивчення тунельного струму на поверхні зразка для зображення, щоб вивчити поверхню зразка.
Принцип
Скануючий тунельний мікроскоп — це новий тип мікроскопа, який може розрізняти морфологію поверхні твердого тіла шляхом виявлення тунельних струмів електронів в атомах на поверхні твердого тіла відповідно до принципу тунельного ефекту в квантовій механіці.
Завдяки тунельному ефекту електронів електрони в металі не повністю обмежені межею поверхні, тобто густина електронів не раптово падає до нуля на межі поверхні, а експоненціально спадає за межами поверхні; довжина розпаду становить близько 1 нм, що є мірою виходу електрона з поверхневого потенційного бар'єру. Якщо два метали знаходяться близько один до одного, їхні електронні хмари можуть перекриватися; якщо між двома металами прикладається невелика напруга, між ними може спостерігатися струм (званий тунельним струмом).
