Výhody mikroskopie se skenovací sondou, které jsou zvláštní
Jedinečné výhody rastrovacího sondového mikroskopu Předmluva:
Když se historie rozvinula do 80. let 20. století, zrodil se nový typ přístroje pro analýzu povrchu založený na fyzice a integrující řadu moderních technologií – skenovací sondový mikroskop (STM). STM má nejen velmi vysoké prostorové rozlišení (až 0,1nm v horizontálním směru, lepší než 0,01nm ve vertikálním směru), může přímo pozorovat atomovou strukturu povrchu materiálu a také může manipulovat s atomy a molekul, takže lidská Subjektivní vůle je vnucena přírodě. Dá se říci, že rastrovací sondový mikroskop je prodloužením lidských očí a rukou a krystalizací lidské moudrosti.
Pracovní princip mikroskopu s rastrovací sondou je založen na různých fyzikálních charakteristikách v mikroskopickém nebo mezoskopickém rozsahu a detekuje interakci mezi těmito dvěma při skenování povrchu látky, která má být studována atomově tenkou sondou, aby se získal To studovat povrchové vlastnosti hmoty, hlavním rozdílem mezi různými typy SPM jsou jejich vlastnosti hrotu a jejich odpovídající způsoby, kterými hrot interaguje se vzorkem.
Pracovní princip pochází z tunelového principu v kvantové mechanice. Jeho jádrem je hrot jehly, který může skenovat na povrchu vzorku, má určité předpětí se vzorkem a má průměr atomové stupnice. Protože pravděpodobnost elektronového tunelu má negativní exponenciální vztah k šířce potenciálové bariéry V(r), když je vzdálenost mezi hrotem a vzorkem velmi blízko, potenciální bariéra mezi nimi se velmi ztenčí a elektronová mračna se překrývají navzájem. Když je aplikováno napětí, elektrony mohou být přenášeny z hrotu na vzorek nebo ze vzorku na hrot prostřednictvím tunelového efektu, čímž se vytvoří tunelový proud. Zaznamenáním změny tunelového proudu mezi špičkou jehly a vzorkem lze získat informace o topografii povrchu vzorku.
Ve srovnání s jinými technikami povrchové analýzy má SPM jedinečné výhody:
(1) Má vysoké rozlišení na atomové úrovni. Rozlišení STM ve směru rovnoběžném s povrchem vzorku a kolmo k němu může dosáhnout 0,1nm a 0,01nm, v daném pořadí, a lze rozlišit jednotlivé atomy.
(2) V reálném čase lze získat trojrozměrný obraz povrchu v reálném prostoru, který lze použít pro studium periodické nebo neperiodické struktury povrchu. Tento pozorovatelný výkon může být použit pro studium dynamických procesů, jako je povrchová difúze.
(3) Je možné pozorovat spíše místní povrchovou strukturu jedné atomové vrstvy než individuální obraz nebo průměrné vlastnosti celého povrchu, takže povrchové defekty, rekonstrukce povrchu, morfologie a poloha povrchových adsorbentů a změny způsobené adsorbenty lze přímo pozorovat. Rekonstrukce povrchu atd.
(4) Může pracovat v různých prostředích, jako je vakuum, atmosféra a normální teplota, a dokonce ponořit vzorek do vody a jiných roztoků bez speciální technologie přípravy vzorku a proces detekce vzorek nepoškodí. Tyto vlastnosti jsou vhodné zejména pro studium biologických vzorků a hodnocení povrchů vzorků za různých experimentálních podmínek, jako je sledování heterogenních katalytických mechanismů, supravodivých mechanismů a změn povrchu elektrod během elektrochemických reakcí.
(5) Ve spolupráci s STS (Scanning Tunneling Spectroscopy) lze získat informace o povrchové elektronické struktuře, jako je hustota stavů na různých úrovních povrchu, povrchové elektronové jamky, změny povrchových potenciálových bariér a struktury energetické mezery.
