Skenējošās zondes mikroskopijas unikālās priekšrocības
Skenējošās zondes mikroskopa darbības princips ir balstīts uz dažādām fizikālajām īpašībām mikro vai mezoskopiskā diapazonā. Abu mijiedarbība tiek konstatēta, skenējot pētāmās vielas virsmu ar īpaši smalku atomzondi, lai iegūtu pētāmās vielas virsmas raksturlielumus. Galvenā atšķirība starp dažādiem SPM veidiem ir to adatas galu raksturlielumi un atbilstošās adatas galu paraugu mijiedarbības metodes.
Darbības princips nāk no tuneļu principa kvantu mehānikā. Tās kodols ir adatas gals, kas var skenēt parauga virsmu, un starp to un paraugu ir noteikts slīpuma spriegums ar atomu mēroga diametru. Negatīvās eksponenciālās attiecības starp elektronu tunelēšanas varbūtību un potenciālās barjeras platumu V (r) dēļ, kad attālums starp galu un paraugu ir ļoti tuvs, potenciālā barjera kļūst ļoti plāna, un elektronu mākoņi pārklājas ar viens otru. Pieliekot spriegumu starp galu un paraugu, elektronus var pārnest no gala uz paraugu vai no parauga uz 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 metodēm, SPM ir unikālas priekšrocības:
(1) Tam ir atomu līmeņa augsta izšķirtspēja. STM izšķirtspēja virzienā paralēli un perpendikulāri parauga virsmai var sasniegt attiecīgi 0.1nm un 0.01nm, kas spēj atšķirt atsevišķus atomus.
(2) Var iegūt reālā laika virsmu 3D attēlus reālajā telpā, ko var izmantot virsmu struktūru pētīšanai ar periodiskumu vai bez tās. Šo novērojamo veiktspēju var izmantot, lai pētītu dinamiskus procesus, piemēram, virsmas difūziju.
(3) Var novērot viena atoma slāņa lokālo virsmas struktūru, nevis atsevišķa attēla vai visas virsmas vidējās īpašības. Līdz ar to var tieši novērot virsmas defektus, virsmas rekonstrukciju, virsmas adsorbentu morfoloģiju un novietojumu, kā arī virsmas rekonstrukciju, ko izraisa adsorbenti.
(4) Tas var darboties dažādās vidēs, piemēram, vakuumā, atmosfērā un istabas temperatūrā, un pat iegremdēt paraugu ūdenī un citos šķīdumos, neizmantojot īpašas parauga sagatavošanas metodes, un noteikšanas process nesabojā paraugu. Šie raksturlielumi ir īpaši piemēroti bioloģisko paraugu pētīšanai un paraugu virsmas novērtēšanai dažādos eksperimentālos apstākļos, piemēram, daudzfāzu katalītiskā mehānisma, supravadīšanas mehānisma un elektrodu virsmas izmaiņu uzraudzībai elektroķīmisko reakciju laikā.
(5) Sadarbojoties ar skenēšanas tunelēšanas spektroskopiju (STS), var iegūt informāciju par virsmas elektroniskajām struktūrām, piemēram, stāvokļu blīvumu dažādos virsmas līmeņos, virsmas elektronu akas, virsmas potenciālu barjeru izmaiņas un enerģijas spraugu struktūras.
