Unika fördelar med scanningsprobmikroskopi
Förord:
När historien utvecklades till 1980-talet föddes en ny typ av ytanalysinstrument baserad på fysik och som integrerar en mängd olika moderna teknologier, scanning probe microscope (STM). STM har inte bara en hög rumslig upplösning (upp till O.1) nm i tvärriktningen och bättre än 0,01 nm i längdriktningen), vilket är kapabelt att direkt observera den. den kan direkt observera atomstrukturen på materiens yta, men den kan också manipulera atomer och molekyler och på så sätt utöva människans subjektiva vilja på naturen. Man kan säga att skanningssondmikroskop är förlängningen av mänskliga ögon och händer, och är kristalliseringen av mänsklig visdom.
Arbetsprincipen för Scanning Probe Microscopy är baserad på olika fysikaliska egenskaper i det mikroskopiska eller mesoskopiska området, och interaktionen mellan dem detekteras med hjälp av en mycket fin sond av atomär linjäritetsscanning ovanför ytan av ämnet som studeras, för att erhålla ytegenskaperna hos ämnet som studeras, ligger den största skillnaden mellan de olika typerna av SPM i skillnaderna i egenskaperna hos deras nålar och deras motsvarande sätt att interagera med proverna av nålarna.
Funktionsprincipen är härledd från principen om tunnling genom kvantmekanik. I dess kärna finns en spets som kan skanna över provytan med en viss förspänning mellan den och provet, och vars diameter är på atomär skala. Eftersom risken för elektrontunnling visar ett negativt exponentiellt samband med bredden på potentialbarriären V(r), när avståndet mellan nålspetsen och provet är mycket nära, blir potentialbarriären mellan dem mycket tunn, och elektronmoln överlappar varandra, och genom att applicera en spänning mellan spetsen av nålen och provet kan elektronerna överföras från spetsen till provet eller från provet till spetsen av nålen genom tunneleffekten för att bilda en tunnel nuvarande. Genom att registrera förändringarna i tunnelströmmen mellan spetsen och provet kan information om provets ytmorfologi erhållas.
SPM har unika fördelar jämfört med andra ytanalystekniker:
(1) Hög upplösning på atomnivå, med upplösningar på 0.1 nm parallellt och 0.01 nm i vinkelrät riktning mot provytan, där enskilda atomer kan lösas upp.
(2) En tredimensionell bild av ytan i det verkliga rummet kan erhållas i realtid, som kan användas för att studera periodiska eller icke-periodiska ytstrukturer, och denna observerbara prestanda kan användas för att studera dynamiska processer såsom ytdiffusion.
(3) Det är möjligt att observera den lokala ytstrukturen för ett enstaka atomlager snarare än den individuella bilden eller den genomsnittliga naturen för hela ytan, och det är därför möjligt att direkt observera ytdefekter, ytrekonstruktion, morfologin och placeringen av ytadsorbater och ytrekonstruktion orsakad av adsorbater.
(4) Det kan arbeta i olika miljöer, såsom vakuum, atmosfär, rumstemperatur, etc., och kan till och med sänka ner provet i vatten och andra lösningar, vilket inte kräver speciell provtagningsteknik och inte skadar provet under detektionen bearbeta. Dessa funktioner är särskilt lämpliga för studier av biologiska prover och utvärdering av provytan under olika experimentella förhållanden, såsom för den flerfasiga katalytiska mekanismen, supraledningsmekanismen och övervakningen av elektrodytförändringar under elektrokemiska reaktioner.
(5) I kombination med scanning tunneling spectroscopy (STS) kan information om ytans elektroniska struktur erhållas, såsom tätheten av tillstånd på olika nivåer av ytan, ytelektronfällorna, variationen av ytpotentialbarriärerna och energigapets struktur.
