A pásztázó szonda mikroszkóp egyedülálló előnyei
Amikor a történelem az 1980-as évekig fejlődött, egy új felületelemző műszeres pásztázó szondás mikroszkóp (STM) született, amely fizikán alapult és számos modern technológiával integrálódott. Az STM nemcsak nagy térbeli felbontással rendelkezik (vízszintes irányban akár 0,1 nm-ig, de függőleges irányban is jobb, mint 0,01 nm), közvetlenül képes megfigyelni az anyag felszínén az atomi szerkezetet, de az atomokat és molekulákat is manipulálja, így emberi szubjektív akarat rákényszerítése a természetre. Elmondható, hogy a pásztázó szondás mikroszkóp az emberi szem és kéz kiterjesztése és az emberi bölcsesség kikristályosodása.
A pásztázó szonda mikroszkóp működési elve különféle fizikai tulajdonságokon alapul mikroszkópos vagy mezoszkópikus tartományban, és a köztük lévő kölcsönhatást az ultrafinom szonda atomi linearitású letapogatásával mutatják ki a vizsgált anyag felülete felett, így megkapják a felületet. a vizsgált anyag jellemzői. A fő különbség a különböző típusú SPM-ek között a tűhegy jellemzőiben és a tűhegyminták megfelelő interakciós módjaiban rejlik.
A működési elv a kvantummechanika alagútelvéből származik. Magja egy tűhegy, amely képes a minta felületén pásztázni, bizonyos előfeszítő feszültséggel rendelkezik a mintával, átmérője atomi léptékű. Mivel az elektronalagút valószínűsége negatív exponenciális összefüggésben van a V(r) gát szélességével, amikor a tű hegye és a minta közötti távolság nagyon közel van, a köztük lévő gát nagyon vékony lesz, és az elektronfelhők átfedik egymást. Egyéb. Ha a tű hegye és a minta közé feszültséget kapcsolunk, az elektronok a tű hegyéről a mintára, vagy a mintából a tű hegyére az alagúthatáson keresztül juthatnak át, alagútáramot képezve. A tűhegy és a minta közötti alagútáram változásának rögzítésével a minta felületének morfológiájáról kaphatunk információt.
Más felületelemző technológiákkal összehasonlítva az SPM egyedülálló előnyökkel rendelkezik:
(1) Atomi szinten nagy felbontású. Az STM felbontása a mintafelülettel párhuzamos és arra merőleges irányban elérheti a 0,1 nm-t, illetve a 0,01 nm-t, így egyetlen atom megkülönböztethető.
(2) Valós időben elkészíthető a felület háromdimenziós képe a valós térben, amellyel a felületi szerkezet periodikusan vagy anélkül vizsgálható, és ez a megfigyelhetőség felhasználható a dinamikus folyamatok, például a felületi diffúzió tanulmányozására. .
(3) Egy-egy atomi réteg lokális felületi szerkezete figyelhető meg az egyedi kép vagy a teljes felület átlagos tulajdonságai helyett, így a felületi hibák, a felületi rekonstrukció, a felületi adszorbensek alakja és helyzete, valamint az adszorbensek által okozott felületi rekonstrukció. közvetlenül megfigyelhető.
(4) Különböző környezetekben, például vákuumban, atmoszférában, normál hőmérsékleten stb. működhet, és még a minta vízbe és más oldatokba is meríthető, speciális minta-előkészítési technológia nélkül, és a kimutatási folyamat nem károsítja a mintát . Ezek a jellemzők különösen alkalmasak biológiai minták vizsgálatára és a minták felületének értékelésére különböző kísérleti körülmények között, mint például heterogén katalitikus mechanizmus, szupravezető mechanizmus, az elektródák felületének elektrokémiai reakciók során bekövetkező változásainak monitorozása stb.
(5) A pásztázó alagútspektroszkópiával (STS) információk nyerhetők a felületi elektronszerkezetről, például a felület különböző szintjein lévő állapotok sűrűségéről, a felületi elektroncsapdáról, a felületi gát változásáról és az energiarés szerkezetéről. .
