Jedinečné výhody mikroskopie se skenovací sondou
Scanning Probe Microscopy (SPM) funguje na principu detekce interakce mezi různými fyzikálními vlastnostmi v mikroskopickém nebo mezoskopickém rozsahu na základě skenování velmi jemné sondy atomární linearity nad povrchem studované látky, za účelem získání povrchové vlastnosti zkoumané látky. Hlavní rozdíl mezi různými typy SPM spočívá v charakteristikách hrotů a jejich odpovídajících režimech interakce hrot-vzorek.
Princip činnosti je odvozen od principu tunelování v kvantové mechanice. V jeho jádru je hrot, který může skenovat povrch vzorku s určitým předpětím mezi ním a vzorkem a jehož průměr je na atomární stupnici. Protože šance na tunelování elektronů vykazuje negativní exponenciální vztah s šířkou potenciálové bariéry V(r), když je vzdálenost mezi špičkou jehly a vzorkem velmi blízko, potenciální bariéra mezi nimi se velmi ztenčí a elektronová mračna se navzájem překrývají a přivedením napětí mezi špičkou jehly a vzorkem mohou být elektrony přeneseny ze špičky na vzorek nebo ze vzorku na špičku jehly prostřednictvím tunelovacího efektu za vzniku tunelu aktuální. Zaznamenáním změn tunelovacího proudu mezi hrotem a vzorkem lze získat informace o povrchové morfologii vzorku.
SPM má jedinečné výhody oproti jiným technikám povrchové analýzy:
(1) Vysoké rozlišení na atomární úrovni s rozlišením 0,1 nm paralelně a 0,01 nm v kolmém směru k povrchu vzorku, kde lze rozlišit jednotlivé atomy.
(2) V reálném čase lze získat trojrozměrný obraz povrchu v reálném prostoru, který lze využít pro studium periodických nebo neperiodických povrchových struktur, a tento pozorovatelný výkon lze využít pro studium dynamických procesů. jako je povrchová difúze.
(3) Je možné pozorovat spíše místní povrchovou strukturu jedné atomové vrstvy než individuální obraz nebo průměrný charakter celého povrchu, a tak je možné přímo pozorovat povrchové defekty, rekonstrukci povrchu, morfologii a umístění povrchové adsorbáty a povrchová rekonstrukce způsobená adsorbáty.
(4) Může pracovat v různých prostředích, jako je vakuum, atmosféra, pokojová teplota atd., a může dokonce ponořit vzorek do vody a jiných roztoků, což nevyžaduje speciální techniky odběru vzorků a nepoškozuje vzorek během detekce proces. Tyto vlastnosti jsou vhodné zejména pro studium biologických vzorků a hodnocení povrchu vzorku za různých experimentálních podmínek, např. pro vícefázový katalytický mechanismus, mechanismus supravodivosti a sledování změn povrchu elektrod během elektrochemických reakcí.
(5) V kombinaci se skenovací tunelovou spektroskopií (STS) lze získat informace o elektronické struktuře povrchu, jako je hustota stavů na různých úrovních povrchu, povrchové elektronové pasti, variace povrchových potenciálových bariér. a struktura energetické mezery.
