De unika fördelarna med scanning probe mikroskop
När historien utvecklades till 1980-talet föddes ett nytt ytanalysinstrument-scanning-sondmikroskop (STM), som var baserat på fysik och integrerat med många moderna teknologier. STM har inte bara en hög rumslig upplösning (upp till 0,1 nm i horisontell riktning, utan bättre än 0,01 nm i vertikal riktning), den kan direkt observera atomstrukturen på materiens yta, utan också manipulera atomer och molekyler, alltså att påtvinga naturen mänsklig subjektiv vilja. Man kan säga att skanningssondmikroskopet är förlängningen av mänskliga ögon och händer och kristalliseringen av mänsklig visdom.
Arbetsprincipen för scanningsprobmikroskop är baserad på olika fysikaliska egenskaper inom mikroskopiskt eller mesoskopiskt område, och interaktionen mellan dem detekteras genom att skanna den ultrafina sonden med atomär linjäritet ovanför ytan av det studerade ämnet, för att erhålla ytan egenskaper hos det studerade ämnet. Den största skillnaden mellan olika typer av SPM ligger i deras nålspetsegenskaper och motsvarande interaktionssätt för nålspetsprover.
Arbetsprincipen kommer från tunnlingsprincipen inom kvantmekaniken. Dess kärna är en nålspets som kan skanna på provets yta, har en viss förspänning med provet och dess diameter är atomär skala. Eftersom sannolikheten för elektrontunnling har ett negativt exponentiellt samband med bredden på barriären V(r), när avståndet mellan nålspetsen och provet är mycket nära, blir barriären mellan dem mycket tunn, och elektronmolnen överlappar varje Övrig. När en spänning appliceras mellan nålspetsen och provet kan elektroner överföras från nålspetsen till provet eller från provet till nålspetsen genom tunnlingseffekten, vilket bildar en tunnelström. Genom att registrera förändringen av tunnelströmmen mellan nålspetsen och provet kan information om provets ytmorfologi erhållas.
Jämfört med andra ytanalystekniker har SPM unika fördelar:
(1) Den har hög upplösning på atomnivå. Upplösningen för STM i riktningen parallell med och vinkelrät mot provytan kan nå 0.1nm respektive 0.01nm, så att en enda atom kan urskiljas.
(2) Den tredimensionella bilden av ytan i det verkliga rummet kan erhållas i realtid, vilket kan användas för att studera ytstrukturen med eller utan periodicitet, och denna observerbarhet kan användas för att studera de dynamiska processerna såsom ytdiffusion .
(3) Den lokala ytstrukturen hos ett enda atomlager kan observeras istället för de genomsnittliga egenskaperna hos en enskild bild eller hela ytan, så ytdefekter, ytrekonstruktion, formen och positionen av ytadsorbenter och ytrekonstruktion orsakad av adsorbenter kan observeras direkt.
(4) Det kan fungera i olika miljöer som vakuum, atmosfär, normal temperatur, etc., och även provet kan sänkas ner i vatten och andra lösningar, utan speciell provberedningsteknik, och detektionsprocessen har ingen skada på provet . Dessa egenskaper är särskilt lämpliga för att studera biologiska prover och utvärdera provytan under olika experimentella förhållanden, såsom heterogen katalytisk mekanism, supraledande mekanism, övervakning av förändringar av elektrodytan under elektrokemisk reaktion och så vidare.
(5) Med scanning tunneling spectroscopy (STS) kan information om den elektroniska ytstrukturen erhållas, såsom densiteten av tillstånd på olika nivåer av ytan, ytelektronfällan, förändringen av ytbarriären och energigapsstrukturen .
