Jedinstvene prednosti skenirajućih sondnih mikroskopa
Princip rada skenirajućeg sondnog mikroskopa temelji se na različitim fizičkim svojstvima u mikroskopskom ili mezoskopskom području. Interakcija između njih otkriva se skeniranjem ultra-fine sonde atomskih linija iznad površine tvari koja se proučava, kako bi se dobili rezultati interakcije između njih. Za proučavanje površinskih svojstava materije, glavna razlika između različitih vrsta SPM-a su njihova svojstva vrha i njihov odgovarajući način interakcije vrh-uzorak.
Princip rada dolazi od principa probijanja tunela u kvantnoj mehanici. Njegova jezgra je vrh koji može skenirati površinu uzorka i ima određeni prednapon između njega i uzorka. Njegov promjer je na atomskoj skali. 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 postaje vrlo tanka i elektronski oblaci se međusobno preklapaju. Kada se primijeni napon, elektroni se mogu prenijeti s vrha na uzorak ili s uzorka na vrh kroz efekt tunela, tvoreći tunelsku struju. Bilježenjem promjena u tunelskoj struji između vrha i uzorka mogu se dobiti informacije o morfologiji površine uzorka.
U usporedbi s drugim tehnologijama površinske analize, SPM ima jedinstvene prednosti:
(1) Ima visoku razlučivost na atomskoj razini. Razlučivost STM-a u smjerovima paralelnim i okomitim 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, što se može 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 pojedinačna slika ili prosječna svojstva cijele površine. Stoga se površinski defekti, površinska rekonstrukcija, oblik i položaj površinskih adsorbiranih tijela i učinci uzrokovani adsorbiranim tijelima mogu izravno promatrati. Površinska rekonstrukcija itd.
(4) Može raditi u različitim okruženjima kao što su vakuum, atmosfera i normalna temperatura, a može čak uroniti uzorke u vodu i druge otopine. Nije potrebna posebna tehnologija pripreme uzorka, a proces detekcije neće oštetiti uzorke. 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) U kombinaciji sa skenirajućom tunelskom spektroskopijom (STS), mogu se dobiti informacije o površinskoj elektronskoj strukturi, kao što su gustoća stanja na različitim razinama na površini, površinske zamke elektrona, promjene površinskih potencijalnih barijera i strukture energetskog jaza .
