Jedinstvene prednosti mikroskopije skenirajuće sonde
Skenirajuća sondna mikroskopija (SPM) radi na principu otkrivanja interakcije između različitih fizičkih svojstava u mikroskopskom ili mezoskopskom opsegu na osnovu skeniranja vrlo fine sonde atomske linearnosti iznad površine supstance koja se proučava, kako bi se dobila svojstva površine ispitivane supstance. Glavna razlika između različitih tipova SPM-a leži u karakteristikama vrhova i njihovim odgovarajućim načinima interakcije između vrha i uzorka.
Princip rada je izveden iz principa tuneliranja u kvantnoj mehanici. U njegovoj jezgri je vrh koji može skenirati površinu uzorka s određenim prednaponom između njega i uzorka, a čiji je promjer na atomskoj skali. Kako šansa za tuneliranje elektrona pokazuje negativan eksponencijalni odnos sa širinom potencijalne barijere V(r), kada je razmak između vrha igle i uzorka vrlo blizak, potencijalna barijera između njih postaje vrlo tanka, a oblaci elektrona se preklapaju jedan s drugim, a primjenom napona između vrha igle i uzorka, elektroni se mogu prenijeti sa vrha na uzorak ili od uzorka do vrha igle kroz efekat tuneliranja kako bi se formirao tunel struja. Snimanjem promjena u tunelskoj struji između vrha i uzorka mogu se dobiti informacije o morfologiji površine uzorka.
SPM ima jedinstvene prednosti u odnosu na druge tehnike površinske analize:
(1) Visoka rezolucija na atomskom nivou, sa rezolucijama od 0,1 nm u paraleli i 0,01 nm u okomitom smjeru na površinu uzorka, gdje se pojedinačni atomi mogu razlučiti.
(2) Trodimenzionalna slika površine u realnom prostoru može se dobiti u realnom vremenu, koja se može koristiti za proučavanje periodičnih ili neperiodičnih površinskih struktura, a ova vidljiva performansa 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 prosječnu prirodu cijele površine, pa je tako moguće direktno promatrati površinske defekte, rekonstrukciju površine, morfologiju i lokaciju površinski adsorbati i rekonstrukcija površine uzrokovana adsorbatima.
(4) Može raditi u različitim okruženjima, kao što su vakuum, atmosfera, sobna temperatura, itd., a može čak i potopiti uzorak u vodu i druge otopine, što ne zahtijeva posebne tehnike uzorkovanja i ne oštećuje uzorak tokom detekcije proces. Ove karakteristike su posebno pogodne za proučavanje bioloških uzoraka i procenu površine uzorka u različitim eksperimentalnim uslovima, kao što su višefazni katalitički mehanizam, mehanizam supravodljivosti i praćenje promena površine elektroda tokom elektrohemijskih reakcija.
(5) U kombinaciji sa skenirajućom tunelskom spektroskopijom (STS), mogu se dobiti informacije o elektronskoj strukturi površine, kao što su gustina stanja na različitim nivoima površine, površinske zamke elektrona, varijacije površinskih potencijalnih barijera i strukturu energetskog jaza.
