Ypatingi skenuojančio zondo mikroskopijos pranašumai
Unikalūs skenuojančio zondo mikroskopo pranašumai Pratarmė:
Istorijai vystantis iki devintojo dešimtmečio, gimė naujo tipo paviršiaus analizės instrumentas, pagrįstas fizika ir integruojantis įvairias šiuolaikines technologijas – skenuojantis zondų mikroskopas (STM). STM turi ne tik labai didelę erdvinę skiriamąją gebą (iki 0,1 nm horizontalia kryptimi, geresnę nei 0,01 nm vertikalia kryptimi), ji gali tiesiogiai stebėti medžiagos paviršiaus atominę struktūrą, taip pat gali manipuliuoti atomais ir molekulių, todėl gamtai primetama žmogaus subjektyvi valia. Galima sakyti, kad skenuojantis zondinis mikroskopas yra žmogaus akių ir rankų pratęsimas, žmogaus išminties kristalizacija.
Skenuojančio zondo mikroskopo veikimo principas pagrįstas įvairiomis fizinėmis charakteristikomis mikroskopiniame arba mezoskopiniame diapazone ir aptinka šių dviejų sąveiką nuskaitant tiriamos medžiagos paviršių atomiškai plonu zondu, kad būtų ištirti medžiagos paviršiaus savybes, pagrindinis skirtumas tarp skirtingų tipų SPM yra jų antgalio savybės ir atitinkami būdai, kuriais antgalis sąveikauja su mėginiu.
Darbo principas kyla iš kvantinės mechanikos tuneliavimo principo. Jo šerdis yra adatos antgalis, galintis nuskaityti mėginio paviršių, turi tam tikrą poslinkio įtampą su mėginiu ir turi atominės skalės skersmenį. Kadangi elektronų tuneliavimo tikimybė turi neigiamą eksponentinį ryšį su potencialo barjero V(r) pločiu, kai atstumas tarp galo ir bandinio yra labai arti, potencialo barjeras tarp jų tampa labai plonas ir elektronų debesys persidengia. vienas kitą. Įjungus įtampą, elektronai gali būti perkelti iš antgalio į mėginį arba iš mėginio į galiuką per tunelio efektą, sudarydami tunelio srovę. Užfiksavus tunelio srovės pokytį tarp adatos galo ir mėginio, galima gauti informaciją apie mėginio paviršiaus topografiją.
Palyginti su kitais paviršiaus analizės metodais, SPM turi unikalių pranašumų:
(1) Jis turi atominio lygio didelę skiriamąją gebą. STM skiriamoji geba lygiagrečia ir statmena mėginio paviršiui kryptimi gali siekti atitinkamai 0,1 nm ir 0,01 nm, o atskiri atomai gali būti skiriami.
(2) Paviršiaus trimatis vaizdas realioje erdvėje gali būti gaunamas realiu laiku, kuris gali būti naudojamas periodinei arba neperiodinei paviršiaus struktūrai tirti. Šis stebimas veikimas gali būti naudojamas tiriant dinaminius procesus, tokius kaip paviršiaus difuzija.
(3) Galima stebėti vietinę vieno atominio sluoksnio paviršiaus struktūrą, o ne atskirą vaizdą ar vidutines viso paviršiaus savybes, kad būtų galima stebėti paviršiaus defektus, paviršiaus rekonstrukciją, paviršiaus adsorbentų morfologiją ir padėtį bei galima tiesiogiai stebėti adsorbentų sukeltus pokyčius. Paviršiaus rekonstrukcija ir kt.
(4) Jis gali veikti įvairiose aplinkose, tokiose kaip vakuumas, atmosfera ir normali temperatūra, ir netgi panardinti mėginį į vandenį ir kitus tirpalus, be specialios mėginių paruošimo technologijos, o aptikimo procesas nesugadins mėginio. Šios savybės ypač tinka tiriant biologinius mėginius ir vertinant mėginių paviršius skirtingomis eksperimentinėmis sąlygomis, pavyzdžiui, heterogeninių katalizinių mechanizmų, superlaidumo mechanizmų, elektrodų paviršiaus pokyčių elektrocheminių reakcijų metu stebėjimui.
(5) Bendradarbiaujant su STS (Scanning Tunneling Spectroscopy), galima gauti informacijos apie paviršiaus elektroninę struktūrą, pvz., būsenų tankį skirtinguose paviršiaus lygiuose, paviršiaus elektronų šulinius, paviršiaus potencialo barjerų pokyčius ir energijos tarpo struktūras.
