Jedinstvene prednosti skenirajuće mikroskopije sonde
Načelo rada skenirajućeg mikroskopa sa sondom temelji se na različitim fizičkim karakteristikama u mikroskopskom ili mezoskopskom području i detektira interakciju između to dvoje kada skenira površinu tvari koju treba proučavati atomski tankom sondom, kako bi se dobilo Proučavajući površinska svojstva materije, glavna razlika između različitih tipova SPM-a je njihova svojstva vrha i odgovarajući način na koji vrh stupa u interakciju s uzorkom.
Princip rada dolazi od principa tuneliranja u kvantnoj mehanici. Njegova jezgra je vrh igle koji može skenirati na površini uzorka, ima određeni prednapon s uzorkom i ima promjer atomske skale. Budući da je vjerojatnost tuneliranja elektrona u negativnom eksponencijalnom odnosu sa širinom potencijalne barijere V(r), kada je udaljenost između vrha i uzorka vrlo blizu, potencijalna barijera između njih postaje vrlo tanka, a oblaci elektrona se preklapaju jedni druge. Kada se primijeni napon, elektroni se mogu prenijeti s vrha na uzorak ili s uzorka na vrh kroz efekt tunela, tvoreći tunelsku struju. Snimanjem promjene tunelske struje između vrha igle i uzorka mogu se dobiti informacije o topografiji 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, a mogu se razlučiti pojedinačni atomi.
(2) Trodimenzionalna slika površine u stvarnom prostoru može se dobiti u stvarnom vremenu, 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 prosječna svojstva cijele površine, tako da površinski defekti, rekonstrukcija površine, morfologija i položaj površinskih adsorbenata i promjene uzrokovane adsorbensima mogu se izravno promatrati. Površinska rekonstrukcija 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 postupak detekcije neće oštetiti uzorak. Ove značajke posebno su prikladne za proučavanje bioloških uzoraka i procjenu površina uzoraka pod različitim eksperimentalnim uvjetima, kao što je praćenje heterogenih katalitičkih mehanizama, supravodljivih mehanizama i promjena površine elektroda tijekom elektrokemijskih reakcija.
(5) Suradnjom sa STS (Scanning Tunneling Spectroscopy) mogu se dobiti informacije o površinskoj elektronskoj strukturi, kao što su gustoća stanja na različitim razinama površine, površinske elektronske jame, promjene površinskih potencijalnih barijera i strukture energetskog jaza.
