A pásztázó szondás mikroszkópok egyedülálló előnyei
A pásztázó szondás mikroszkóp működési elve a mikroszkópos vagy mezoszkópikus tartomány különböző fizikai tulajdonságain alapul. A kettő közötti kölcsönhatást a vizsgált anyag felszíne feletti atomvonalak ultrafinom szondájának letapogatásával mutatják ki, hogy megkapják a kettő közötti kölcsönhatás eredményeit. Az anyag felületi tulajdonságainak tanulmányozásához a fő különbség a különböző típusú SPM-ek között a csúcs tulajdonságaik és a csúcs-minta kölcsönhatás megfelelő módja.
A működési elv a kvantummechanika alagútbehatolási elvéből származik. Magja egy hegy, amely képes a minta felületén letapogatni, és bizonyos előfeszítő feszültség van közte és a minta között. Átmérője az atomskálán van. Mivel az elektronalagút valószínűsége negatív exponenciális összefüggésben van a potenciálgát V(r) szélességével, amikor a csúcs és a minta távolsága nagyon közel van, a potenciálgát nagyon vékony lesz, és az elektronfelhők átfedik egymást. Feszültség alkalmazásakor az elektronok az alagúthatáson keresztül a csúcsról a mintára vagy a mintából a csúcsra vihetők át, alagútáramot képezve. A csúcs és a minta közötti alagútáram változásainak rögzítésével információt kaphatunk a minta felületi morfológiájáról.
Más felületelemző technológiákkal összehasonlítva az SPM egyedülálló előnyökkel rendelkezik:
(1) Atomi szintű nagy felbontású. Az STM felbontása a mintafelülettel párhuzamos és arra merőleges irányokban rendre elérheti a 0,1 nm-t, illetve a 0,01 nm-t, és egyes atomok rezolválhatók.
(2) A valós térben lévő felület háromdimenziós képe valós időben nyerhető, amellyel periodikusan vagy anélküli felületi struktúrákat vizsgálhatunk. Ez a megfigyelhető teljesítmény dinamikus folyamatok, például felületi diffúzió tanulmányozására használható.
(3) Egyetlen atomi réteg lokális felületi szerkezete figyelhető meg, nem pedig az egyedi kép vagy a teljes felület átlagos tulajdonságai. Így közvetlenül megfigyelhetők a felületi hibák, a felületi rekonstrukció, a felületen adszorbeált testek alakja és helyzete, valamint az adszorbeált testek által okozott hatások. Felületrekonstrukció stb.
(4) Különböző környezetekben, például vákuumban, atmoszférában és normál hőmérsékleten működik, és akár vízbe és más oldatokba is merítheti a mintákat. Nincs szükség speciális minta-előkészítési technológiára, és a kimutatási folyamat nem károsítja a mintákat. Ezek a tulajdonságok különösen alkalmasak biológiai minták tanulmányozására és mintafelületek értékelésére különböző kísérleti körülmények között, például heterogén katalitikus mechanizmusok, szupravezető mechanizmusok, valamint elektrokémiai reakciók során bekövetkező elektródfelület-változások monitorozására.
(5) A pásztázó alagútspektroszkópiával (STS) együtt információk nyerhetők a felületi elektronszerkezetről, például a felszín különböző szintjein lévő állapotok sűrűségéről, a felületi elektroncsapdákról, a felületi potenciálgátokban bekövetkezett változásokról és az energiarés szerkezetekről. .
