Unikalūs skenuojančio zondo mikroskopijos pranašumai
Pratarmė:
Kai istorija išsivystė į devintąjį dešimtmetį, gimė naujo tipo paviršiaus analizės instrumentas, pagrįstas fizika ir integruojantis įvairias šiuolaikines technologijas – skenuojantis zondų mikroskopas (STM). STM turi ne tik didelę erdvinę skiriamąją gebą (iki O.1). nm skersine kryptimi ir geriau nei 0,01 nm išilgine kryptimi), kuri gali tiesiogiai stebėti. jis gali tiesiogiai stebėti atominę struktūrą materijos paviršiuje, bet taip pat gali manipuliuoti atomais ir molekulėmis, taip pareikšdamas subjektyvią žmonių valią gamtai. Galima sakyti, kad skenuojantis zondinis mikroskopas yra žmogaus akių ir rankų pratęsimas, žmogaus išminties kristalizacija.
Skenuojančio zondo mikroskopijos veikimo principas pagrįstas įvairiomis fizinėmis savybėmis mikroskopiniame arba mezoskopiniame diapazone, o sąveika tarp jų aptinkama naudojant labai smulkų atominio tiesiškumo zondą, skenuojant virš tiriamos medžiagos paviršiaus. gauti tiriamos medžiagos paviršiaus savybes, pagrindinis skirtumas tarp skirtingų tipų SPM yra jų adatų charakteristikų skirtumai ir atitinkami jų sąveikos su adatų pavyzdžiais būdai.
Veikimo principas yra išvestas iš tuneliavimo per kvantinės mechanikos principo. Jo šerdyje yra antgalis, galintis nuskaityti mėginio paviršių su tam tikra poslinkio įtampa tarp jo ir mėginio ir kurio skersmuo yra atominėje skalėje. Kadangi elektronų tuneliavimo tikimybė rodo neigiamą eksponentinį ryšį su potencialo barjero pločiu V(r), kai atstumas tarp adatos galo ir mėginio yra labai arti, potencialų barjeras tarp jų tampa labai plonas ir elektronų debesys persidengia vienas su kitu, o taikant įtampą tarp adatos galo ir mėginio, elektronai gali būti perkelti iš antgalio į mėginį arba iš mėginio į adatos galiuką per tunelio efektą, kad susidarytų tunelis. srovė. Užregistravus tunelinės srovės pokyčius tarp antgalio ir mėginio, galima gauti informacijos apie mėginio paviršiaus morfologiją.
SPM turi unikalių pranašumų prieš kitus paviršiaus analizės metodus:
(1) Didelė skiriamoji geba atominiu lygmeniu, kai skiriamoji geba yra 0,1 nm lygiagrečiai ir 0,01 nm statmenai mėginio paviršiui, kur galima atskirti atskirus atomus.
(2) Realiu laiku galima gauti trimatį paviršiaus vaizdą realioje erdvėje, kuris gali būti naudojamas periodinėms arba neperiodinėms paviršiaus struktūroms tirti, o šis stebimas veikimas gali būti panaudotas dinaminiams procesams tirti. pavyzdžiui, paviršiaus difuzija.
(3) Galima stebėti vietinę vieno atomo sluoksnio paviršiaus struktūrą, o ne atskirą vaizdą ar vidutinį viso paviršiaus pobūdį, taigi galima tiesiogiai stebėti paviršiaus defektus, paviršiaus rekonstrukciją, morfologiją ir vietą. paviršiaus adsorbatai ir adsorbatų sukelta paviršiaus rekonstrukcija.
(4) Jis gali veikti įvairiose aplinkose, tokiose kaip vakuumas, atmosfera, kambario temperatūra ir kt., ir netgi gali panardinti mėginį į vandenį ir kitus tirpalus, kuriems nereikia specialių mėginių ėmimo būdų ir nepažeidžia mėginio aptikimo metu. procesas. Šios savybės ypač tinka biologiniams mėginiams tirti ir mėginio paviršiui įvertinti įvairiomis eksperimentinėmis sąlygomis, pavyzdžiui, daugiafaziam kataliziniam mechanizmui, superlaidumo mechanizmui, elektrodų paviršiaus pokyčiams elektrocheminių reakcijų metu stebėti.
(5) Kartu su skenuojančia tuneline spektroskopija (STS) galima gauti informacijos apie elektroninę paviršiaus struktūrą, pvz., būsenų tankį skirtinguose paviršiaus lygiuose, paviršiaus elektronų gaudykles, paviršiaus potencialo barjerų kitimą. ir energijos tarpo struktūra.
