A pásztázó szonda mikroszkópia jellemzői
Amikor a történelem az 1980-as évekig fejlődött, megszületett egy új típusú felületelemző műszer, a pásztázó szondás mikroszkópia (STM), amely fizikán alapul és különféle modern technológiákat integrál. Az STM nemcsak nagy térbeli felbontással rendelkezik (akár 0,1 nm-ig vízszintesen, és jobb, mint 0,01 nm függőlegesen), hanem képes közvetlenül megfigyelni az anyagfelületek atomi szerkezetét, hanem manipulálja az atomokat és molekulákat is, ezáltal az emberi szubjektív akaratot rákényszeríti a természetre. Elmondható, hogy a pásztázó szonda mikroszkópia az emberi szem és kéz kiterjesztése, az emberi bölcsesség kikristályosítása.
A pásztázó szonda mikroszkópia működési elve a mikroszkópos vagy mezoszkópikus tartomány különböző fizikai tulajdonságain alapul. A kettő közötti kölcsönhatást az atomi lineáris rendkívül finom szondával a vizsgált anyag felszíne feletti letapogatásával detektáljuk, hogy megkapjuk a vizsgált anyag felületi jellemzőit. A fő különbség a különböző típusú SPM-ek között a hegy jellemzőiben és a hegyminták megfelelő hatásmódjában rejlik.
A működési elv a kvantummechanika alagútelvéből származik. Magja egy tűhegy, amely a minta felületén képes pásztázni, és közte és a minta között van egy bizonyos előfeszítő feszültség, amelynek átmérője atomi skála. Mivel az elektronalagút valószínűsége negatív exponenciális összefüggésben van a V (r) gát szélességével, amikor a csúcs és a minta távolsága nagyon közel van, a köztük lévő gát nagyon vékony lesz, és az Elektronfelhő átfedésben van Egyéb. Feszültséget kapcsolva a csúcs és a minta közé, az alagúthatáson keresztül az elektronok a csúcsról a mintára, illetve a mintából a csúcsra juthatnak át, alagútáramot képezve. A tű hegye és a minta közötti alagútáram változásainak rögzítésével információt kaphatunk a minta felületi morfológiájáról.
Más felületelemzési technikákkal összehasonlítva az SPM egyedülálló előnyökkel rendelkezik:
(1) Atomszintű, nagy felbontású. Az STM felbontása a mintafelülettel párhuzamos és merőleges irányban elérheti a 0,1 nm-t, illetve a 0,01 nm-t, ami képes megkülönböztetni az egyes atomokat.
(2) Valós térbeli felületekről valós idejű 3D-s képek készíthetők, amelyek periodicitással vagy anélkül felületi struktúrák vizsgálatára használhatók. Ez a megfigyelhető teljesítmény dinamikus folyamatok, például felületi diffúzió tanulmányozására használható.
(3) Egyetlen atomi réteg lokális felületi szerkezete figyelhető meg, nem pedig az egyes kép vagy a teljes felület átlagos tulajdonságai, így a felületi hibák, Felületrekonstrukció, a felületi adszorbensek alakja és helyzete, valamint a Felület Az adszorbensek által okozott rekonstrukció közvetlenül megfigyelhető.
(4) Különböző környezetekben, például vákuumban, atmoszférában és szobahőmérsékleten működhet, és még a mintát vízbe és más oldatokba is merítheti anélkül, hogy speciális minta-előkészítési technikákra lenne szükség, és a kimutatási folyamat nem károsítja a mintát. Ezek a jellemzők különösen alkalmazhatók biológiai minták vizsgálatára és mintafelületek értékelésére különböző kísérleti körülmények között, mint például a heterogén katalízis mechanizmus, a szupravezető mechanizmus és az elektródák felületének változása az elektrokémiai reakció során.
(5) A Scanning Tunneling Spectroscopy-val (STS) együttműködve információk nyerhetők a felületi elektronszerkezetekről, például a felület különböző szintjein lévő állapotok sűrűségéről, a felszíni elektronkutakról, a felületi potenciálgát-változásokról és az energiarés-struktúrákról.
