Prednosti mikroskopije skenirajuće sonde koje su posebne
Jedinstvene prednosti mikroskopa sonde za skeniranje Predgovor:
Kada se istorija razvila do 1980-ih, rođen je novi tip instrumenta za analizu površine zasnovan na fizici i integraciji niza modernih tehnologija - mikroskop za skeniranje sonde (STM). STM ne samo da ima vrlo visoku prostornu rezoluciju (do O.1nm u horizontalnom smjeru, bolju od O.01nm u vertikalnom smjeru), on može direktno promatrati atomsku strukturu površine materijala, a može i manipulirati atomima i molekula, tako da je ljudska subjektivna volja nametnuta prirodi. Može se reći da je mikroskop skenirajuće sonde produžetak ljudskih očiju i ruku i kristalizacija ljudske mudrosti.
Princip rada mikroskopa sonde za skeniranje zasniva se na različitim fizičkim karakteristikama u mikroskopskom ili mezoskopskom opsegu i otkriva interakciju između njih kada skenira površinu supstance koju treba proučavati atomski tankom sondom, kako bi se dobio To proučavajući površinska svojstva materije, glavna razlika između različitih tipova SPM-a je njihova svojstva vrha i odgovarajući načini na koje vrh stupa u interakciju sa uzorkom.
Princip rada potiče od principa tuneliranja u kvantnoj mehanici. Njegovo jezgro je vrh igle koji može skenirati na površini uzorka, ima određeni napon napona s uzorkom i ima promjer atomske skale. Budući da vjerovatnoća tuneliranja elektrona ima negativan eksponencijalni odnos sa širinom potencijalne barijere V(r), kada je razmak između vrha i uzorka vrlo blizak, potencijalna barijera između njih postaje vrlo tanka, a oblaci elektrona se preklapaju. jedan drugog. Kada se primeni napon, elektroni se mogu preneti sa vrha na uzorak ili sa uzorka na vrh kroz efekat tunela, formirajući tunelsku struju. Snimanjem promjene tunelske struje između vrha igle i uzorka može se dobiti informacija o topografiji površine uzorka.
U poređenju sa drugim tehnikama površinske analize, SPM ima jedinstvene prednosti:
(1) Ima visoku rezoluciju na atomskom nivou. Rezolucija STM-a u smjeru paralelnom i okomitom na površinu uzorka može doseći 0.1nm i 0.01nm, respektivno, a pojedinačni atomi se mogu razlučiti.
(2) U realnom vremenu može se dobiti trodimenzionalna slika površine u realnom prostoru, koja se može koristiti za proučavanje periodične ili neperiodične strukture površine. Ova vidljiva izvedba može se koristiti za proučavanje dinamičkih procesa kao što je površinska difuzija.
(3) Moguće je promatrati lokalnu površinsku strukturu jednog atomskog sloja, a ne pojedinačnu sliku ili prosječne osobine cijele površine, tako da površinski defekti, rekonstrukcija površine, morfologija i položaj površinskih adsorbenata i promjene uzrokovane adsorbensima mogu se direktno uočiti. Rekonstrukcija površine itd.
(4) Može raditi u različitim okruženjima kao što su vakuum, atmosfera i normalna temperatura, pa čak i uroniti uzorak u vodu i druge otopine, bez posebne tehnologije pripreme uzorka, a proces detekcije neće oštetiti uzorak. Ove karakteristike su posebno pogodne za proučavanje bioloških uzoraka i evaluaciju površina uzoraka u različitim eksperimentalnim uslovima, kao što je praćenje heterogenih katalitičkih mehanizama, supravodljivih mehanizama i promena površine elektroda tokom elektrohemijskih reakcija.
(5) U saradnji sa STS (Scanning Tunneling Spectroscopy) mogu se dobiti informacije o površinskoj elektronskoj strukturi, kao što su gustina stanja na različitim nivoima površine, površinski elektronski bunari, promene površinskih potencijalnih barijera i strukture energetskog jaza.
