Princip skenirajuće tunelske elektronske mikroskopije
Skenirajući tunelski mikroskop (STM) instrument je koji koristi tunelski učinak u kvantnoj teoriji za otkrivanje površinske strukture materijala. Koristi kvantni učinak tuneliranja elektrona između atoma za pretvaranje rasporeda atoma na površini materijala u informacije o slici. od.
Uvod
Transmisijski elektronski mikroskop vrlo je koristan u promatranju cjelokupne strukture tvari, ali je teži u analizi površinske strukture, jer transmisijski elektronski mikroskop dobiva informacije putem visokoenergetskog elektriciteta kroz uzorak, reflektirajući tvar uzorka . povlaštene informacije. Iako skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM) može otkriti određene površinske uvjete, budući da upadni elektroni uvijek imaju određenu energiju i prodrijet će u uzorak, takozvana "površina" koja se analizira uvijek je na određenoj dubini, a stopa cijepanja je također uvelike pogođeni. ograničiti. Iako se elektronski emisioni mikroskop (FEM) i ionski mikroskop (FIM) mogu dobro koristiti za istraživanje površine, uzorak mora biti posebno pripremljen i može se staviti samo na vrlo tanki vrh igle, a uzorak također mora moći izdržati električna polja visokog intenziteta, tako da ograničava njegov opseg primjene.
Skenirajući tunelski elektronski mikroskop (STM) radi na sasvim drugom principu, on ne dobiva informacije o supstanci uzorka djelovanjem na uzorak snopom elektrona (kao što su prijenosni i skenirajući elektronski mikroskopi), niti koristi visoku električno polje kako bi elektroni u uzorku dobili više nego što bi izašli. Emisiona strujna slika (kao što je elektronski mikroskop s emisijom polja) nastala energijom rada može se koristiti za proučavanje materijala uzorka. Snima se detekcijom tunelske struje na površini uzorka, kako bi se proučavala površina uzorka.
načelo
Skenirajući tunelski mikroskop nova je vrsta mikroskopskog uređaja za razlikovanje površinske morfologije čvrstih tijela otkrivanjem struje tuneliranja elektrona u atomima na površini čvrstog tijela prema principu efekta tuneliranja u kvantnoj mehanici.
Zbog efekta tuneliranja elektrona, elektroni u metalu nisu potpuno ograničeni unutar površinske granice, to jest, gustoća elektrona ne pada iznenada na nulu na površinskoj granici, već eksponencijalno opada izvan površine; duljina raspada je oko 1 nm, što je mjera površinske barijere za izlazak elektrona. Ako su dva metala vrlo blizu jedan drugome, njihovi se oblaci elektrona mogu preklapati; ako se između dva metala primijeni mali napon, može se uočiti električna struja (zvana tunelska struja) između njih.
Način rada
Iako su konfiguracije skenirajućih tunelskih elektronskih mikroskopa različite, sve uključuju sljedeća tri glavna dijela: mehanički sustav (tijelo zrcala) koji pokreće sondu da čini trodimenzionalne pokrete u odnosu na površinu vodljivog uzorka, a koristi se za kontrolirati i nadzirati sondu. Elektronički sustav za udaljenost od uzorka i prikazni sustav za pretvaranje izmjerenih podataka u slike. Ima dva načina rada: način konstantne struje i način rada konstantne visoke snage.
Način rada konstantne struje
Struju tuneliranja kontrolira i održava konstantnom elektronički povratni krug. Zatim računalni sustav kontrolira vrh igle za skeniranje na površini uzorka, to jest da se vrh igle pomiče dvodimenzionalno duž x i y smjerova. Budući da je tunelsku struju potrebno kontrolirati da bude konstantna, lokalna visina između vrha igle i površine uzorka također će ostati konstantna, tako da će vrh igle izvoditi iste uspone i padove s usponima i padovima površine uzorka, i informacije o visini odražavat će se u skladu s tim. izaći. To jest, skenirajući tunelski elektronski mikroskop dobiva trodimenzionalne informacije o površini uzorka. Ovom radnom metodom dobivaju se sveobuhvatne slikovne informacije, visokokvalitetne mikroskopske slike i naširoko se koristi.
Način konstantne visine
Održavajte apsolutnu visinu vrha igle konstantnom tijekom procesa skeniranja uzorka; tada će se promijeniti lokalna udaljenost između vrha igle i površine uzorka, a sukladno tome će se promijeniti i veličina tunelske struje I; promjenu tunelske struje I računalo bilježi i pretvara u Signal slike se prikazuje, odnosno dobiva se mikrografija skenirajućeg tunelskog elektronskog mikroskopa. Ovaj način rada je prikladan samo za uzorke s relativno ravnim površinama i pojedinačnim komponentama.
