Ievads skenējošo tunelēšanas elektronu mikroskopā
Skenējošais tunelēšanas elektronu mikroskops (STM) ir sava veida instruments, kas izmanto tuneļa efektu kvantu teorijā, lai pārbaudītu vielas virsmas struktūru, izmantojot elektronu kvantu tunelēšanas efektu starp atomiem, lai pārveidotu atomu izvietojumu uz vielas virsmas. attēla informācijā.
Ievads
Transmisijas elektronu mikroskopija ir noderīga, lai novērotu vielas kopējo struktūru, taču ir grūtāk analizēt virsmas struktūru. Tas ir tāpēc, ka transmisijas elektronu mikroskopija sastāv no augstas enerģijas elektrības, kas iet caur paraugu, lai iegūtu informāciju, kas atspoguļo parauga vielas iekšējo informāciju. Lai gan skenējošā elektronu mikroskopija (SEM) var atklāt noteiktus virsmas apstākļus, analizētā tā sauktā "virsma" vienmēr atrodas noteiktā dziļumā, jo krītošajiem elektroniem vienmēr ir noteikts enerģijas daudzums un tie iekļūst parauga iekšpusē un pīšanas ātrumu. ir arī ļoti ierobežots. Lauka emisijas elektronu mikroskopiju (FEM) un lauka jonu mikroskopiju (FIM) var labi izmantot virsmas pētījumiem, taču paraugi ir īpaši jāsagatavo, un tos var novietot tikai uz ļoti smalkas adatas gala, un paraugi ir spēj izturēt lielu elektrisko lauku, kas ierobežo tā pielietojuma jomu.
Skenējošā tunelēšanas elektronu mikroskopija (STM) darbojas pēc pavisam cita principa. Tā neiegūst informāciju par parauga materiālu, iedarbojoties uz paraugu ar elektronu staru kūli (piem., transmisijas un skenējošo elektronu mikroskopi), kā arī nepēta parauga materiālu, attēlveidojot to, veidojot emitēto strāvu (piemēram, lauka emisijas elektronu). mikroskopi), izmantojot augstu elektrisko lauku, kas dod elektroniem paraugā vairāk enerģijas nekā atdalīšanas darbs, bet zondējot parauga virsmas tunelēšanas strāvu, ko var izmantot virsmas attēlveidošanai. Tas notiek, nosakot tuneļa strāvu parauga virsmā, lai iegūtu attēlu, lai izpētītu parauga virsmu.
Princips
Skenējošais tunelēšanas mikroskops ir jauna veida mikroskops, kas var atšķirt cietas vielas virsmas morfoloģiju, nosakot elektronu tunelēšanas strāvas atomos uz cietas vielas virsmas saskaņā ar tunelēšanas efekta principu kvantu mehānikā.
Elektronu tunelēšanas efekta dēļ elektroni metālā nav pilnībā norobežoti virsmas robežās, ti, elektronu blīvums pēkšņi nesamazinās līdz nullei pie virsmas robežas, bet gan eksponenciāli sadalās ārpus virsmas; sabrukšanas garums ir aptuveni 1 nm, kas ir elektronu izplūdes no virsmas potenciāla barjeras mērs. Ja divi metāli atrodas tuvu viens otram, to elektronu mākoņi var pārklāties; ja starp abiem metāliem tiek pielikts neliels spriegums, tad starp tiem var novērot strāvu (ko sauc par tunelēšanas strāvu).
