A pásztázó szonda mikroszkópia egyedülálló előnyei
A pásztázó szondás mikroszkóp működési elve a mikro- vagy mezoszkópikus tartomány különböző fizikai tulajdonságain alapul. A kettő közötti kölcsönhatást a vizsgált anyag felületének rendkívül finom atomszondával történő letapogatásával mutatják ki, hogy megkapják a vizsgált anyag felületi jellemzőit. A fő különbség a különböző típusú SPM-ek között a tűhegy jellemzői és a megfelelő tűhegy-minta interakciós módszerei.
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. Az elektronalagút valószínűsége és a potenciálgát V (r) szélessége közötti negatív exponenciális kapcsolat miatt, amikor a csúcs és a minta távolsága nagyon közel van, a potenciálgát nagyon vékony lesz, és az elektronfelhők átfedik egymást egymás. Feszültség alkalmazásával a csúcs és a minta között az elektronok az alagúthatáson keresztül a csúcsról a mintára, illetve a mintából a csúcsra vihetők 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 közvetlenül megfigyelhetők a felületi hibák, a felületi rekonstrukció, a felületi adszorbensek morfológiája és helyzete, valamint az adszorbensek által okozott felületi rekonstrukció.
(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 alkalmasak biológiai minták vizsgálatára és a minták felületének értékelésére különböző kísérleti körülmények között, mint például a többfázisú katalitikus mechanizmus, a szupravezető mechanizmus, valamint az elektrokémiai reakciók során bekövetkező elektródfelület-változások monitorozása.
(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.
