Jedinstvene prednosti skenirajuće mikroskopije sonde
Princip rada skenirajućeg sondnog mikroskopa temelji se na različitim fizičkim svojstvima u mikro ili mezoskopskom području. Interakcija između to dvoje detektira se skeniranjem površine proučavane tvari iznimno finom atomskom sondom, kako bi se dobile karakteristike površine proučavane tvari. Glavna razlika između različitih vrsta SPM-ova jesu njihove karakteristike vrha igle i odgovarajuće metode interakcije uzorka vrha igle.
Princip rada dolazi od principa tuneliranja u kvantnoj mehanici. Njegova jezgra je vrh igle koji može skenirati površinu uzorka i ima određeni prednapon između njega i uzorka, s promjerom atomske skale. Zbog negativnog eksponencijalnog odnosa između vjerojatnosti tuneliranja elektrona i širine potencijalne barijere V (r), kada je udaljenost između vrha i uzorka vrlo blizu, potencijalna barijera postaje vrlo tanka, a oblaci elektrona se preklapaju s jedni druge. Primjenom napona između vrha i uzorka, elektroni se mogu prenijeti s vrha na uzorak ili s uzorka na vrh kroz efekt tuneliranja, tvoreći struju tuneliranja. Bilježenjem promjena u tunelskoj struji između vrha igle i uzorka mogu se dobiti informacije o morfologiji površine uzorka.
U usporedbi s drugim tehnikama površinske analize, SPM ima jedinstvene prednosti:
(1) Ima visoku razlučivost na atomskoj razini. Razlučivost STM-a u smjeru paralelnom i okomitom na površinu uzorka može doseći 0.1nm odnosno 0.01nm, što može razlikovati pojedinačne atome.
(2) Mogu se dobiti 3D slike površina u realnom prostoru u stvarnom vremenu, koje se mogu koristiti za proučavanje površinskih struktura sa ili bez periodičnosti. Ova vidljiva izvedba može se koristiti za proučavanje dinamičkih procesa kao što je površinska difuzija.
(3) Može se promatrati lokalna površinska struktura jednog atomskog sloja, a ne prosječna svojstva pojedinačne slike ili cijele površine. Stoga se površinski defekti, površinska rekonstrukcija, morfologija i položaj površinskih adsorbenata i površinske rekonstrukcije uzrokovane adsorbensima mogu izravno promatrati.
(4) Može raditi u različitim okruženjima kao što su vakuum, atmosfera i sobna temperatura, pa čak i uroniti uzorak u vodu i druge otopine bez potrebe za posebnim tehnikama pripreme uzorka, a postupak detekcije ne oštećuje uzorak. Ove su karakteristike posebno prikladne za proučavanje bioloških uzoraka i procjenu površine uzoraka pod različitim eksperimentalnim uvjetima, kao što je praćenje višefaznog katalitičkog mehanizma, supravodljivog mehanizma i promjena površine elektroda tijekom elektrokemijskih reakcija.
(5) Suradnjom sa skenirajućom tunelskom spektroskopijom (STS) mogu se dobiti informacije o površinskim elektroničkim strukturama, kao što su gustoća stanja na različitim razinama površine, površinske elektronske jame, promjene površinskih potencijalnih barijera i strukture energetskog jaza.
