Уникальные преимущества сканирующей зондовой микроскопии
Принцип работы сканирующего зондового микроскопа основан на различных физических характеристиках в микроскопическом или мезоскопическом диапазоне и обнаруживает взаимодействие между ними при сканировании поверхности исследуемого вещества атомарно тонким зондом, чтобы получить При изучении поверхностных свойств вещества основное различие между различными типами СЗМ заключается в свойствах их иглы и соответствующем способе взаимодействия иглы с образцом.
Принцип работы исходит из принципа туннелирования в квантовой механике. Его сердцевина представляет собой кончик иглы, который может сканировать поверхность образца, имеет определенное напряжение смещения с образцом и имеет диаметр атомного масштаба. Поскольку вероятность туннелирования электронов имеет отрицательную экспоненциальную зависимость от ширины потенциального барьера V(r), при очень близком расстоянии между иглой и образцом потенциальный барьер между ними становится очень тонким, и электронные облака перекрываются друг друга. При подаче напряжения электроны могут передаваться от наконечника к образцу или от образца к наконечнику за счет туннельного эффекта, образуя туннельный ток. Регистрируя изменение туннельного тока между кончиком иглы и образцом, можно получить информацию о топографии поверхности образца.
По сравнению с другими методами анализа поверхности СЗМ имеет уникальные преимущества:
(1) Он имеет высокое разрешение на атомном уровне. Разрешение СТМ в направлении, параллельном и перпендикулярном поверхности образца, может достигать 0,1 нм и 0,01 нм соответственно, и могут быть разрешены отдельные атомы.
(2) Трехмерное изображение поверхности в реальном пространстве может быть получено в режиме реального времени, что может быть использовано для изучения периодической или непериодической структуры поверхности. Эти наблюдаемые характеристики можно использовать для изучения динамических процессов, таких как поверхностная диффузия.
(3) Можно наблюдать локальную структуру поверхности отдельного атомного слоя, а не отдельное изображение или средние свойства всей поверхности, так что дефекты поверхности, реконструкция поверхности, морфология и положение поверхностных адсорбентов, а также изменения, вызванные адсорбентами, можно наблюдать непосредственно. Реконструкция поверхности и др.
(4) Он может работать в различных средах, таких как вакуум, атмосфера и нормальная температура, и даже погружать образец в воду и другие растворы без специальной технологии подготовки образца, а процесс обнаружения не повредит образец. Эти функции особенно подходят для изучения биологических образцов и оценки поверхности образцов в различных экспериментальных условиях, таких как мониторинг гетерогенных каталитических механизмов, сверхпроводящих механизмов и изменений поверхности электрода во время электрохимических реакций.
(5) Сотрудничая с STS (сканирующей туннельной спектроскопией), можно получить информацию об электронной структуре поверхности, такую как плотность состояний на разных уровнях поверхности, поверхностные электронные ямы, изменения поверхностных потенциальных барьеров и структуры энергетической щели.
