Keď sa história rozvinula do 1980, zrodil sa nový prístroj na analýzu povrchu založený na fyzike a integrujúci množstvo moderných technológií – skenovací sondový mikroskop (STM). STM má nielen veľmi vysoké priestorové rozlíšenie (až 0,1 nm v laterálnom smere a lepšie ako 0,01 nm v pozdĺžnom smere), ale dokáže priamo pozorovať atómovú štruktúru povrchu materiálu a tiež manipulovať s atómami a molekulami, a tak transformovať človeka Subjektívna vôľa je uložená prírode. Dá sa povedať, že rastrovací sondový mikroskop je predĺžením ľudských očí a rúk a kryštalizáciou ľudskej múdrosti.
Pracovný princíp rastrovacieho sondového mikroskopu je založený na rôznych fyzikálnych vlastnostiach v mikroskopickom alebo mezoskopickom rozsahu. Interakcia medzi týmito dvoma sa deteguje skenovaním ultrajemnej sondy atómových čiar nad povrchom skúmanej látky, aby sa získali výsledky interakcie medzi nimi. Na štúdium povrchových vlastností hmoty je hlavným rozdielom medzi rôznymi typmi SPM ich vlastnosti hrotu a zodpovedajúci spôsob interakcie hrot-vzorka.
Pracovný princíp pochádza z princípu tunelovej penetrácie v kvantovej mechanike. Jeho jadrom je hrot, ktorý dokáže skenovať na povrchu vzorky a má medzi ním a vzorkou určité predpätie. Jeho priemer je na atómovej stupnici. Keďže pravdepodobnosť tunelovania elektrónov má negatívny exponenciálny vzťah so šírkou potenciálovej bariéry V(r), keď je vzdialenosť medzi hrotom a vzorkou veľmi blízka, potenciálna bariéra sa stáva veľmi tenkou a elektrónové oblaky sa navzájom prekrývajú. 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 zmien tunelovacieho prúdu medzi hrotom a vzorkou možno získať informácie o povrchovej morfológii vzorky.
V porovnaní s inými technológiami povrchovej analýzy má SPM jedinečné výhody:
(1) S vysokým rozlíšením na úrovni atómov. Rozlíšenie STM v smeroch rovnobežných s povrchom vzorky a kolmých naň môže dosiahnuť 0,1 nm a 0,01 nm v tomto poradí a jednotlivé atómy možno rozlíšiť.
(2) Trojrozmerný obraz povrchu v reálnom priestore možno získať v reálnom čase, čo možno použiť na štúdium povrchových štruktúr s periodicitou alebo bez nej. 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. Preto je možné priamo pozorovať povrchové defekty, rekonštrukciu povrchu, tvar a polohu povrchovo adsorbovaných telies a účinky spôsobené adsorbovanými telieskami. Rekonštrukcia povrchu atď.
(4) Môže pracovať v rôznych prostrediach, ako je vákuum, atmosféra a normálna teplota, a môže dokonca ponoriť vzorky do vody a iných roztokov. Nevyžaduje sa žiadna špeciálna technológia prípravy vzorky a proces detekcie vzorky nepoškodí. Tieto vlastnosti sú obzvlášť vhodné na štúdium biologických vzoriek a hodnotenie povrchov vzoriek v rôznych experimentálnych podmienkach, ako je monitorovanie heterogénnych katalytických mechanizmov, supravodivých mechanizmov a zmien povrchu elektród počas elektrochemických reakcií.
(5) V spojení so skenovacou tunelovou spektroskopiou (STS) možno získať informácie o povrchovej elektronickej štruktúre, ako je hustota stavov na rôznych úrovniach na povrchu, povrchové elektrónové pasce, zmeny povrchových potenciálových bariér a štruktúry energetických medzier. .
