Jedinečné výhody rastrovacích sondových mikroskopů
Pracovní princip rastrovacího sondového mikroskopu je založen na různých fyzikálních vlastnostech v mikroskopickém nebo mezoskopickém rozsahu. Interakce mezi těmito dvěma je detekována skenováním ultrajemné sondy atomových čar nad povrchem zkoumané látky, aby se získaly výsledky interakce mezi těmito dvěma. Pro studium povrchových vlastností hmoty je hlavním rozdílem mezi různými typy SPM jejich vlastnosti hrotu a odpovídající způsob interakce hrot-vzorek.
Pracovní princip pochází z principu tunelové penetrace v kvantové mechanice. Jeho jádrem je hrot, který dokáže skenovat povrch vzorku a má mezi ním a vzorkem určité předpětí. Jeho průměr je na atomové stupnici. Protože pravděpodobnost tunelování elektronů má negativní exponenciální vztah k šířce potenciálové bariéry V(r), když je vzdálenost mezi hrotem a vzorkem velmi blízko, potenciální bariéra se velmi ztenčí a elektronová mračna se navzájem překrývají. 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 změn tunelovacího proudu mezi hrotem a vzorkem lze získat informace o povrchové morfologii vzorku.
Ve srovnání s jinými technologiemi povrchové analýzy má SPM jedinečné výhody:
(1) Má vysoké rozlišení na atomové úrovni. Rozlišení STM ve směrech rovnoběžných a kolmých na povrch vzorku může dosáhnout 0,1nm a 0,01nm v tomto pořadí a lze rozlišit jednotlivé atomy.
(2) Trojrozměrný obraz povrchu v reálném prostoru lze získat v reálném čase, což lze použít ke studiu povrchových struktur s periodicitou nebo bez ní. Tento pozorovatelný výkon lze použít ke studiu dynamických procesů, jako je povrchová difúze.
(3) Lze pozorovat místní povrchovou strukturu jedné atomové vrstvy spíše než jednotlivé snímky nebo průměrné vlastnosti celého povrchu. Proto lze přímo pozorovat povrchové defekty, rekonstrukci povrchu, tvar a polohu povrchově adsorbovaných těles a účinky způsobené adsorbovanými tělesy. Rekonstrukce povrchu atd.
(4) Může pracovat v různých prostředích, jako je vakuum, atmosféra a normální teplota, a může dokonce ponořit vzorky do vody a jiných roztoků. Není vyžadována žádná speciální technologie přípravy vzorků a proces detekce vzorky nepoškodí. Tyto vlastnosti jsou zvláště vhodné 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 spojení se skenovací tunelovou spektroskopií (STS) lze získat informace o povrchové elektronické struktuře, jako je hustota stavů na různých úrovních na povrchu, povrchové elektronové pasti, změny povrchových potenciálových bariér a struktury energetické mezery. .
