Унікальні переваги скануючих зондових мікроскопів
Принцип роботи скануючого зондового мікроскопа базується на різних фізичних властивостях у мікроскопічному або мезоскопічному діапазоні. Взаємодія між ними виявляється шляхом сканування надтонким зондом атомних ліній над поверхнею досліджуваної речовини, щоб отримати результати взаємодії між ними. Для вивчення поверхневих властивостей речовини основною відмінністю між різними типами СЗМ є їхні властивості наконечника та відповідний спосіб взаємодії наконечника із зразком.
Принцип роботи походить від принципу проникнення тунелю в квантовій механіці. Його серцевиною є наконечник, який може сканувати поверхню зразка та має певну напругу зсуву між ним і зразком. Його діаметр дорівнює атомному масштабу. Оскільки ймовірність тунелювання електронів має негативну експоненціальну залежність від ширини потенційного бар’єру V(r), коли відстань між кінчиком і зразком дуже близька, потенційний бар’єр стає дуже тонким і електронні хмари перекривають одна одну. Коли прикладається напруга, електрони можуть переноситися від кінчика до зразка або від зразка до кінчика через тунельний ефект, утворюючи тунельний струм. Записуючи зміни тунельного струму між наконечником і зразком, можна отримати інформацію про морфологію поверхні зразка.
У порівнянні з іншими технологіями аналізу поверхні SPM має унікальні переваги:
(1) Має високу роздільну здатність атомного рівня. Роздільна здатність СТМ у напрямках, паралельних і перпендикулярних до поверхні зразка, може досягати 0.1 нм і 0.01 нм відповідно, і можуть бути розділені окремі атоми.
(2) Тривимірне зображення поверхні в реальному просторі може бути отримане в реальному часі, яке може бути використано для дослідження поверхневих структур з або без періодичності. Цю спостережувану продуктивність можна використовувати для вивчення динамічних процесів, таких як поверхнева дифузія.
(3) Можна спостерігати локальну структуру поверхні одного атомного шару, а не окреме зображення чи середні властивості всієї поверхні. Тому можна безпосередньо спостерігати поверхневі дефекти, реконструкцію поверхні, форму та положення поверхневих адсорбованих тіл, а також ефекти, викликані адсорбованими тілами. Реконструкція поверхні та ін.
(4) Він може працювати в різних середовищах, таких як вакуум, атмосфера та нормальна температура, і навіть може занурювати зразки у воду та інші розчини. Спеціальна технологія підготовки зразків не потрібна, а процес виявлення не пошкодить зразки. Ці функції особливо підходять для вивчення біологічних зразків і оцінки поверхонь зразків у різних експериментальних умовах, таких як моніторинг гетерогенних каталітичних механізмів, механізмів надпровідності та змін поверхні електродів під час електрохімічних реакцій.
(5) У поєднанні зі скануючою тунельною спектроскопією (STS) можна отримати інформацію про поверхневу електронну структуру, таку як щільність станів на різних рівнях на поверхні, поверхневі пастки електронів, зміни в поверхневих потенційних бар’єрах і структури енергетичної щілини. .
