Skenējošās zondes mikroskopa unikālās priekšrocības
Kad vēsture attīstījās līdz 1980. gadiem, radās jauns virsmas analīzes instrumentu skenēšanas zondes mikroskops (STM), kas bija balstīts uz fiziku un bija integrēts ar daudzām mūsdienu tehnoloģijām. STM ir ne tikai augsta telpiskā izšķirtspēja (līdz O.1nm horizontālā virzienā, bet labāka par O.01nm vertikālā virzienā), tā var tieši novērot atomu struktūru uz vielas virsmas, bet arī manipulēt ar atomiem un molekulām, tādējādi cilvēka subjektīvās gribas uzspiešana dabai. Var teikt, ka skenējošās zondes mikroskops ir cilvēka acu un roku pagarinājums un cilvēka gudrības kristalizācija.
Skenējošās zondes mikroskopa darbības princips ir balstīts uz dažādām fizikālajām īpašībām mikroskopiskā vai mezoskopiskā diapazonā, un mijiedarbība starp tām tiek noteikta, skenējot īpaši smalko zondi ar atomu linearitāti virs pētāmās vielas virsmas, lai iegūtu virsmu. pētāmās vielas īpašības. Galvenā atšķirība starp dažādiem SPM veidiem ir to adatas uzgaļu raksturlielumos un atbilstošajos adatas uzgaļu paraugu mijiedarbības režīmos.
Darbības princips nāk no tuneļu principa kvantu mehānikā. Tā kodols ir adatas gals, kas var skenēt parauga virsmu, tam ir noteikts nobīdes spriegums ar paraugu, un tā diametrs ir atomu skala. Tā kā elektronu tunelēšanas varbūtībai ir negatīva eksponenciāla saistība ar barjeras V(r) platumu, kad attālums starp adatas galu un paraugu ir ļoti tuvs, barjera starp tiem kļūst ļoti plāna un elektronu mākoņi pārklājas katrs. cits. Ja starp adatas galu un paraugu tiek pielikts spriegums, elektronus var pārnest no adatas gala uz paraugu vai no parauga uz adatas galu caur tunelēšanas efektu, veidojot tunelēšanas strāvu. Reģistrējot tuneļa strāvas izmaiņas starp adatas galu un paraugu, var iegūt informāciju par parauga virsmas morfoloģiju.
Salīdzinot ar citām virsmas analīzes tehnoloģijām, SPM ir unikālas priekšrocības:
(1) Tam ir augsta izšķirtspēja atomu līmenī. STM izšķirtspēja virzienā, kas ir paralēls parauga virsmai un perpendikulāri tai, var sasniegt attiecīgi 0.1nm un 0.01nm, lai varētu atšķirt vienu atomu.
(2) Virsmas trīsdimensiju attēlu reālajā telpā var iegūt reāllaikā, ko var izmantot virsmas struktūras pētīšanai ar periodiskumu vai bez tās, un šo novērojamību var izmantot, lai pētītu dinamiskos procesus, piemēram, virsmas difūziju. .
(3) Atsevišķa attēla vai visas virsmas vidējo īpašību vietā var novērot atsevišķa atomu slāņa lokālo virsmas struktūru, tātad virsmas defektus, virsmas rekonstrukciju, virsmas adsorbentu formu un novietojumu, kā arī adsorbentu radīto virsmas rekonstrukciju. var tieši novērot.
(4) Tas var darboties dažādās vidēs, piemēram, vakuumā, atmosfērā, normālā temperatūrā utt., Un pat paraugu var iegremdēt ūdenī un citos šķīdumos bez īpašas parauga sagatavošanas tehnoloģijas, un noteikšanas procesā paraugs netiek bojāts. . Šie raksturlielumi ir īpaši piemēroti bioloģisko paraugu izpētei un paraugu virsmas novērtēšanai dažādos eksperimentālos apstākļos, piemēram, neviendabīgs katalītiskais mehānisms, supravadīšanas mehānisms, elektrodu virsmas izmaiņu monitorings elektroķīmiskās reakcijas laikā un tā tālāk.
(5) Izmantojot skenēšanas tunelēšanas spektroskopiju (STS), var iegūt informāciju par virsmas elektronisko struktūru, piemēram, stāvokļu blīvumu dažādos virsmas līmeņos, virsmas elektronu slazdu, virsmas barjeras izmaiņas un enerģijas spraugas struktūru. .
