Unikalūs skenuojančių zondų mikroskopų pranašumai
Skenuojančio zondo mikroskopo veikimo principas pagrįstas įvairiomis fizinėmis savybėmis mikroskopiniame arba mezoskopiniame diapazone. Sąveika tarp šių dviejų aptinkama nuskaitant itin smulkų atominių linijų zondą virš tiriamos medžiagos paviršiaus, kad būtų gauti abiejų sąveikos rezultatai. Norint ištirti medžiagos paviršiaus savybes, pagrindinis skirtumas tarp skirtingų tipų SPM yra jų antgalio savybės ir atitinkamas antgalio ir mėginio sąveikos būdas.
Darbo principas kyla iš tunelio įsiskverbimo principo kvantinėje mechanikoje. Jo šerdis yra antgalis, kuris gali nuskaityti mėginio paviršių ir turi tam tikrą poslinkio įtampą tarp jo ir mėginio. Jo skersmuo yra atominėje skalėje. Kadangi elektronų tuneliavimo tikimybė turi neigiamą eksponentinį ryšį su potencialo barjero pločiu V(r), kai atstumas tarp galo ir mėginio yra labai arti, potencialo barjeras tampa labai plonas ir elektronų debesys persidengia vienas su kitu. Įjungus įtampą, elektronai gali būti perkelti iš antgalio į mėginį arba iš mėginio į galiuką per tunelio efektą, sudarydami tunelio srovę. Užregistravus tunelinės srovės pokyčius tarp antgalio ir mėginio, galima gauti informacijos apie mėginio paviršiaus morfologiją.
Palyginti su kitomis paviršiaus analizės technologijomis, SPM turi unikalių pranašumų:
(1) Jis turi atominio lygio didelę skiriamąją gebą. STM skiriamoji geba lygiagrečiomis mėginio paviršiui ir statmenomis kryptimis 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 realiuoju laiku, kuris gali būti naudojamas paviršiaus struktūroms tirti su periodiškumu arba be jo. 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 viso paviršiaus vidutines savybes. Todėl galima tiesiogiai stebėti paviršiaus defektus, paviršiaus rekonstrukciją, paviršiaus adsorbuotų kūnų formą ir padėtį bei adsorbuotų kūnų sukeliamus padarinius. Paviršiaus rekonstrukcija ir kt.
(4) Jis gali veikti įvairiose aplinkose, tokiose kaip vakuumas, atmosfera ir normali temperatūra, ir netgi gali panardinti mėginius į vandenį ir kitus tirpalus. Nereikia jokios specialios mėginių paruošimo technologijos, o aptikimo procesas nesugadins mėginių. Šios savybės ypač tinka tiriant biologinius mėginius ir vertinant mėginių paviršius skirtingomis eksperimentinėmis sąlygomis, pavyzdžiui, heterogeninių katalizinių mechanizmų, superlaidžių mechanizmų ir elektrodų paviršiaus pokyčių elektrocheminių reakcijų metu stebėjimui.
(5) Kartu su skenuojančia tuneline spektroskopija (STS) galima gauti informacijos apie paviršiaus elektroninę struktūrą, pvz., būsenų tankį skirtinguose paviršiaus lygiuose, paviršiaus elektronų gaudykles, paviršiaus potencialo barjerų pokyčius ir energijos tarpo struktūras. .
