Unikālas skenēšanas zondes mikroskopu priekšrocības
Skenējošās zondes mikroskopa darbības princips ir balstīts uz dažādām fizikālajām īpašībām mikroskopiskā vai mezoskopiskā diapazonā. Mijiedarbība starp abiem tiek atklāta, skenējot īpaši smalku atomu līniju zondi virs pētāmās vielas virsmas, lai iegūtu abu mijiedarbības rezultātus. Lai pētītu vielas virsmas īpašības, galvenā atšķirība starp dažādiem SPM veidiem ir to uzgaļu īpašības un atbilstošais uzgaļa un parauga mijiedarbības veids.
Darbības princips nāk no tuneļa iespiešanās principa kvantu mehānikā. Tās kodols ir uzgalis, kas var skenēt parauga virsmu, un starp to un paraugu ir noteikts novirzes spriegums. Tās diametrs ir pēc atomu skalas. Tā kā elektronu tunelēšanas varbūtībai ir negatīva eksponenciāla sakarība ar potenciālās barjeras platumu V(r), tad, kad attālums starp galu un paraugu ir ļoti tuvu, potenciālā barjera kļūst ļoti plāna un elektronu mākoņi pārklājas viens ar otru. Kad tiek pielikts spriegums, elektronus var pārnest no gala uz paraugu vai no parauga uz galu caur tuneļa efektu, veidojot tuneļa strāvu. Reģistrējot tunelēšanas strāvas izmaiņas starp galu un paraugu, var iegūt informāciju par parauga virsmas morfoloģiju.
Salīdzinot ar citām virsmas analīzes tehnoloģijām, SPM ir unikālas priekšrocības:
(1) Tam ir atomu līmeņa augsta izšķirtspēja. STM izšķirtspēja virzienos, kas ir paralēli parauga virsmai un perpendikulāri tai, var sasniegt attiecīgi 0,1 nm un 0,01 nm, un var izdalīt atsevišķus atomus.
(2) Virsmas trīsdimensiju attēlu reālajā telpā var iegūt reāllaikā, ko var izmantot, lai pētītu virsmas struktūras ar periodiskumu vai bez tās. Šo novērojamo veiktspēju var izmantot, lai pētītu dinamiskus procesus, piemēram, virsmas difūziju.
(3) Var novērot atsevišķa atomu slāņa lokālo virsmas struktūru, nevis atsevišķu attēlu vai visas virsmas vidējās īpašības. Līdz ar to var tieši novērot virsmas defektus, virsmas rekonstrukciju, virsmas adsorbēto ķermeņu formu un novietojumu, kā arī adsorbēto ķermeņu radītās sekas. Virsmas rekonstrukcija utt.
(4) Tas var darboties dažādās vidēs, piemēram, vakuumā, atmosfērā un normālā temperatūrā, un pat var iegremdēt paraugus ūdenī un citos šķīdumos. Nav nepieciešama īpaša paraugu sagatavošanas tehnoloģija, un noteikšanas process nesabojās paraugus. Šīs funkcijas ir īpaši piemērotas bioloģisko paraugu pētīšanai un paraugu virsmu novērtēšanai dažādos eksperimentālos apstākļos, piemēram, neviendabīgu katalītisko mehānismu, supravadīšanas mehānismu un elektrodu virsmas izmaiņu monitoringam elektroķīmisko reakciju laikā.
(5) Saistībā ar skenēšanas tunelēšanas spektroskopiju (STS) var iegūt informāciju par virsmas elektronisko struktūru, piemēram, stāvokļu blīvumu dažādos virsmas līmeņos, virsmas elektronu slazdus, virsmas potenciālu barjeru izmaiņas un enerģijas spraugu struktūras. .
