Bevezetés a pásztázó alagút elektronmikroszkópba
A pásztázó alagút-elektronmikroszkóp (STM) egy olyan műszer, amely a kvantumelméletben az alagút effektust használja az anyag felületének szerkezetének vizsgálatára, az elektronok atomok közötti kvantumalagút-hatását felhasználva az atomok elrendezésének átalakítására az anyag felszínén. képi információkba.
Bevezetés
A transzmissziós elektronmikroszkópia hasznos az anyag általános szerkezetének megfigyelésében, de a felület szerkezetének elemzése nehezebb. A transzmissziós elektronmikroszkópia ugyanis abból áll, hogy a mintán áthaladó nagy energiájú elektromosság információszerzés céljából a minta anyagának belső információit tükrözi. Bár a pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) bizonyos felületi feltételeket feltárhatunk, a vizsgált úgynevezett "felület" mindig egy bizonyos mélységben van, mivel a beeső elektronok mindig bizonyos mennyiségű energiával rendelkeznek, és behatolnak a minta belsejébe, valamint a fonási sebesség is nagyon korlátozott. A terepi emissziós elektronmikroszkópia (FEM) és a Field Ion Microscopy (FIM) jól használható felületi vizsgálatokra, de a mintákat speciálisan elő kell készíteni, és csak nagyon finom tű hegyére lehet őket helyezni, és a mintákat képes ellenállni a nagy elektromos térnek, ami korlátozza alkalmazási körét.
A pásztázó alagút elektronmikroszkópia (STM) teljesen más elven működik. Nem szerez információt a mintaanyagról a mintán lévő elektronsugár hatására (pl. transzmissziós és pásztázó elektronmikroszkópok), és nem vizsgálja a mintaanyagot kibocsátott áram (pl. téremissziós elektron) képalkotásával. mikroszkópok) nagy elektromos térrel, amely több energiát ad a mintában lévő elektronoknak, mint a leválás munkája, de a minta felületén egy alagútáramot szondázva, amely felhasználható a felület leképezésére. Ez a minta felületén lévő alagútáram érzékelésével képződik, hogy a minta felületét tanulmányozzuk.
Elv
A pásztázó alagútmikroszkóp egy új típusú mikroszkóp, amely a szilárd test felületi morfológiáját képes megkülönböztetni a szilárd anyag felszínén lévő atomokban lévő elektronok alagútáramainak detektálásával a kvantummechanikában alkalmazott alagúthatás elve szerint.
Az elektronok alagútképző hatása miatt a fémben lévő elektronok nincsenek teljesen bezárva a felületi határon belül, azaz az elektronok sűrűsége nem csökken hirtelen nullára a felület határán, hanem exponenciálisan bomlik le a felületen kívül; a bomlási hossz körülbelül 1 nm, ami a felületi potenciálgátból kilépő elektronok mértéke. Ha két fém közel van egymáshoz, elektronfelhőik átfedhetik egymást; ha a két fém közé kis feszültséget kapcsolunk, akkor közöttük áram (alagútáram) figyelhető meg.
