Výhody mikroskopie so skenovacou sondou, ktoré sú mimoriadne
Jedinečné výhody skenovacieho sondového mikroskopu Úvod:
Keď sa história rozvinula do 80. rokov 20. storočia, zrodil sa nový typ prístroja na analýzu povrchu založený na fyzike a integrujúci množstvo moderných technológií – rastrovací probe mikroskop (STM). STM má nielen veľmi vysoké priestorové rozlíšenie (až 0,1nm v horizontálnom smere, lepšie ako 0,01nm vo vertikálnom smere), dokáže priamo pozorovať atómovú štruktúru povrchu materiálu a môže tiež manipulovať s atómami a molekuly, takže ľudská Subjektívna vôľa je vnútená prírode. Dá sa povedať, že rastrovací sondový mikroskop je predĺžením ľudských očí a rúk a kryštalizáciou ľudskej múdrosti.
Princíp činnosti mikroskopu so skenovacou sondou je založený na rôznych fyzikálnych charakteristikách v mikroskopickom alebo mezoskopickom rozsahu a zisťuje interakciu medzi nimi pri skenovaní povrchu látky, ktorá sa má študovať atómovo tenkou sondou, aby sa získal študujte povrchové vlastnosti hmoty, hlavným rozdielom medzi rôznymi typmi SPM sú ich vlastnosti hrotu a zodpovedajúce spôsoby, akými hrot interaguje so vzorkou.
Princíp fungovania pochádza z princípu tunelovania v kvantovej mechanike. Jeho jadrom je hrot ihly, ktorý dokáže skenovať na povrchu vzorky, má určité predpätie so vzorkou a má priemer atómovej stupnice. Pretože pravdepodobnosť tunelovania elektrónov má negatívny exponenciálny vzťah so šírkou potenciálovej bariéry V(r), keď je vzdialenosť medzi špičkou a vzorkou veľmi blízka, potenciálna bariéra medzi nimi sa veľmi tenká a elektrónové oblaky sa prekrývajú. navzájom. Keď sa aplikuje napätie, elektróny sa môžu prenášať z hrotu na vzorku alebo zo vzorky na hrot cez tunelový efekt, čím sa vytvorí tunelový prúd. Zaznamenaním zmeny tunelového prúdu medzi hrotom ihly a vzorkou možno získať informácie o topografii povrchu vzorky.
V porovnaní s inými technikami povrchovej analýzy má SPM jedinečné výhody:
(1) Má vysoké rozlíšenie na atómovej úrovni. Rozlíšenie STM v smere rovnobežnom s povrchom vzorky a kolmo naň môže dosiahnuť 0,1 nm a 0,01 nm, v tomto poradí, a možno rozlíšiť jednotlivé atómy.
(2) Trojrozmerný obraz povrchu v reálnom priestore možno získať v reálnom čase, čo možno použiť na štúdium periodickej alebo neperiodickej štruktúry povrchu. Tento pozorovateľný výkon možno použiť na štúdium dynamických procesov, ako je povrchová difúzia.
(3) Je možné pozorovať lokálnu povrchovú štruktúru jedinej atómovej vrstvy, a nie individuálny obraz alebo priemerné vlastnosti celého povrchu, takže povrchové defekty, povrchová rekonštrukcia, morfológia a poloha povrchových adsorbentov a zmeny spôsobené adsorbentmi možno priamo pozorovať. Rekonštrukcia povrchu atď.
(4) Môže pracovať v rôznych prostrediach, ako je vákuum, atmosféra a normálna teplota, a dokonca ponoriť vzorku do vody a iných roztokov bez špeciálnej technológie prípravy vzorky a proces detekcie nepoškodí vzorku. Tieto vlastnosti sú vhodné najmä na štúdium biologických vzoriek a hodnotenie povrchov vzoriek v rôznych experimentálnych podmienkach, ako je sledovanie heterogénnych katalytických mechanizmov, supravodivých mechanizmov a zmien povrchu elektród počas elektrochemických reakcií.
(5) V spolupráci s STS (Scanning Tunneling Spectroscopy) možno získať informácie o povrchovej elektronickej štruktúre, ako je hustota stavov na rôznych úrovniach povrchu, povrchové elektrónové jamky, zmeny povrchových potenciálových bariér a štruktúry energetických medzier.
