Unikālas skenēšanas zondes mikroskopijas priekšrocības
Priekšvārds:
Kad vēsture attīstījās 20. gs. 80. gados, radās jauna veida virsmas analīzes instruments, kura pamatā ir fizika un kurā integrētas dažādas modernās tehnoloģijas, — skenēšanas zondes mikroskops (STM). STM ir ne tikai augsta telpiskā izšķirtspēja (līdz O.1). nm šķērsvirzienā un labāk nekā O,01 nm garenvirzienā), kas spēj tieši novērot. Tam ir ne tikai augsta telpiskā izšķirtspēja (0,1 nm horizontāli un 0,01 nm vertikāli), tā var tieši novērot atomu struktūru uz matērijas virsmas, bet tā var arī manipulēt ar atomiem un molekulām, tādējādi iedarbinot uz dabu cilvēka subjektīvo gribu. Var teikt, ka skenējošās zondes mikroskops ir cilvēka acu un roku paplašinājums un cilvēka gudrības kristalizācija.
Skenējošās zondes mikroskopijas darbības princips ir balstīts uz dažādām fizikālajām īpašībām mikroskopiskā vai mezoskopiskā diapazonā, un mijiedarbība starp tām tiek noteikta ar ļoti smalkas atomu linearitātes skenēšanas zondi virs pētāmās vielas virsmas, lai iegūt pētāmās vielas virsmas īpašības, galvenā atšķirība starp dažādiem SPM veidiem slēpjas to adatu īpašību atšķirībās un to atbilstošajos mijiedarbības veidos ar adatu paraugiem.
Darbības princips ir atvasināts no tunelēšanas principa kvantu mehānikā. Tās pamatā ir uzgalis, kas var skenēt parauga virsmu ar noteiktu novirzes spriegumu starp to un paraugu un kura diametrs ir atomu skalā. Tā kā elektronu tunelēšanas iespējamība uzrāda negatīvu eksponenciālu sakarību ar potenciālās barjeras platumu V(r), kad attālums starp adatas galu un paraugu ir ļoti tuvs, potenciālā barjera starp tiem kļūst ļoti plāna un elektronu mākoņi pārklājas viens ar otru, un, pieliekot spriegumu starp adatas galu un paraugu, elektronus var pārnest no gala uz paraugu vai no parauga uz adatas galu caur tunelēšanas efektu, veidojot tuneli. strāva. Reģistrējot izmaiņas tuneļa strāvā starp galu un paraugu, var iegūt informāciju par parauga virsmas morfoloģiju.
SPM ir unikālas priekšrocības salīdzinājumā ar citām virsmas analīzes metodēm:
(1) Augsta izšķirtspēja atomu līmenī ar izšķirtspēju 0,1 nm paralēli un 0,01 nm perpendikulāri parauga virsmai, kur var izdalīt atsevišķus atomus.
(2) Reālā laikā var iegūt virsmas trīsdimensiju attēlu reālajā telpā, ko var izmantot periodisku vai neperiodisku virsmas struktūru izpētei, un šo novērojamo veiktspēju var izmantot dinamisko procesu izpētei. piemēram, virsmas difūzija.
(3) Ir iespējams novērot atsevišķa atoma slāņa lokālo virsmas struktūru, nevis atsevišķu attēlu vai visas virsmas vidējo raksturu, un tādējādi ir iespējams tieši novērot virsmas defektus, virsmas rekonstrukciju, morfoloģiju un atrašanās vietu. virsmas adsorbēti un virsmas rekonstrukcija, ko izraisa adsorbāti.
(4) Tas var darboties dažādās vidēs, piemēram, vakuumā, atmosfērā, istabas temperatūrā utt., un pat var iegremdēt paraugu ūdenī un citos šķīdumos, kam nav nepieciešamas īpašas paraugu ņemšanas metodes un tas nesabojā paraugu noteikšanas laikā. process. Šīs īpašības ir īpaši piemērotas bioloģisko paraugu izpētei un parauga virsmas novērtēšanai dažādos eksperimentālos apstākļos, piemēram, daudzfāzu katalītiskajam mehānismam, supravadītspējas mehānismam un elektrodu virsmas izmaiņu monitoringam elektroķīmisko reakciju laikā.
(5) Kombinācijā 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 starpības struktūra.
