Jedinstvene prednosti skenirajuće mikroskopije sonde
Predgovor:
Kada se povijest razvila u 1980-e, rođena je nova vrsta instrumenta za analizu površine koja se temelji na fizici i integrira niz modernih tehnologija, skenirajući mikroskop sa sondom (STM). STM ne samo da ima visoku prostornu rezoluciju (do O,1 nm u poprečnom smjeru i bolji od 0,01 nm u uzdužnom smjeru), koji je sposoban izravno promatrati ne samo da ima visoku prostornu razlučivost (0,1 nm u vodoravnom i 0,01 nm u okomitom), može izravno promatrati atomsku strukturu na površini materije, ali također može manipulirati atomima i molekulama, vršeći tako subjektivnu volju čovjeka na prirodu. Može se reći da je skenirajući sondni mikroskop produžetak ljudskih očiju i ruku, te kristalizacija ljudske mudrosti.
Princip rada skenirajuće mikroskopije sonde temelji se na različitim fizičkim svojstvima u mikroskopskom ili mezoskopskom području, a interakcija između njih detektira se pomoću vrlo fine sonde atomske linearnosti koja skenira iznad površine tvari koja se proučava, kako bi se Za dobivanje površinskih svojstava tvari koja se proučava, glavna razlika između različitih vrsta SPM-ova leži u razlikama u karakteristikama njihovih iglica i njihovim odgovarajućim načinima interakcije s uzorcima iglica.
Princip rada izveden je iz principa tuneliranja u kvantnoj mehanici. U svojoj jezgri je vrh koji može skenirati površinu uzorka s određenim prednaponom između njega i uzorka, a čiji je promjer na atomskoj ljestvici. Budući da vjerojatnost tuneliranja elektrona pokazuje negativan eksponencijalni odnos sa širinom potencijalne barijere V(r), kada je udaljenost između vrha igle i uzorka vrlo blizu, potencijalna barijera između njih postaje vrlo tanka, a elektronski oblaci se međusobno preklapaju, a primjenom napona između vrha igle i uzorka, elektroni se mogu prenijeti s vrha na uzorak ili s uzorka na vrh igle kroz efekt tuneliranja kako bi formirali tunel Trenutno. Bilježenjem 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 razlučivost na atomskoj razini, s razlučivostima od 0.1 nm paralelno i 0.01 nm u okomitom smjeru na površinu uzorka, gdje se mogu razlučiti pojedinačni atomi.
(2) Trodimenzionalna slika površine u stvarnom prostoru može se dobiti u stvarnom vremenu, koja se može koristiti za proučavanje periodičnih ili neperiodičnih površinskih struktura, a 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 prosječnu prirodu cijele površine, pa je stoga moguće izravno promatrati površinske nedostatke, površinsku rekonstrukciju, morfologiju i lokaciju površinski adsorbati i površinska rekonstrukcija uzrokovana adsorbatima.
(4) Može raditi u različitim okruženjima, poput vakuuma, atmosfere, sobne temperature itd., te čak može uroniti uzorak u vodu i druge otopine, što ne zahtijeva posebne tehnike uzorkovanja i ne oštećuje uzorak tijekom detekcije. postupak. Ove značajke posebno su prikladne za proučavanje bioloških uzoraka i procjenu površine uzorka pod različitim eksperimentalnim uvjetima, kao što su višefazni katalitički mehanizam, mehanizam supravodljivosti i praćenje promjena površine elektrode tijekom elektrokemijskih reakcija.
(5) U kombinaciji sa skenirajućom tunelskom spektroskopijom (STS), mogu se dobiti informacije o elektronskoj strukturi površine, kao što su gustoća stanja na različitim razinama površine, površinske zamke elektrona, varijacije površinskih potencijalnih barijera i strukturu energetskog jaza.
