Уникальные преимущества сканирующей зондовой микроскопии
Предисловие:
Когда история развернулась в 1980-е годы, родился новый тип прибора для анализа поверхности, основанный на физике и объединяющий множество современных технологий, - сканирующий зондовый микроскоп (СТМ). СТМ не только обладает высоким пространственным разрешением (до 0,1 нм в поперечном направлении и лучше, чем 0,01 нм в продольном направлении), который способен непосредственно наблюдать. Он не только имеет высокое пространственное разрешение (0,1 нм по горизонтали и 0,01 нм по вертикали), он может непосредственно наблюдать атомную структуру на поверхности материи, но он также может манипулировать атомами и молекулами, оказывая тем самым субъективную волю человека на природу. Можно сказать, что сканирующий зондовый микроскоп — это продолжение человеческих глаз и рук и кристаллизация человеческой мудрости.
Принцип работы сканирующей зондовой микроскопии основан на различных физических свойствах в микроскопическом или мезоскопическом диапазоне, а взаимодействие между ними обнаруживается с помощью очень тонкого зонда атомной линейности, сканирующего над поверхностью исследуемого вещества, чтобы получить поверхностные свойства исследуемого вещества, основное различие между разными типами СЗМ заключается в различиях характеристик их игл и соответствующих им способов взаимодействия с образцами иголок.
Принцип действия вытекает из принципа туннелирования в квантовой механике. В его основе лежит игла, способная сканировать поверхность образца при определенном напряжении смещения между ним и образцом, диаметр которой находится на атомном уровне. Поскольку вероятность туннелирования электронов находится в отрицательной экспоненциальной зависимости от ширины потенциального барьера V(r), когда расстояние между кончиком иглы и образцом очень близко, потенциальный барьер между ними становится очень тонким, и Электронные облака перекрывают друг друга, и при приложении напряжения между кончиком иглы и образцом электроны могут переноситься от кончика к образцу или от образца к кончику иглы посредством эффекта туннелирования, образуя туннель. текущий. Регистрируя изменения туннельного тока между иглой и образцом, можно получить информацию о морфологии поверхности образца.
СЗМ имеет уникальные преимущества перед другими методами анализа поверхности:
(1) Высокое разрешение на атомном уровне с разрешением 0,1 нм параллельно и 0,01 нм в перпендикулярном направлении к поверхности образца, где можно различить отдельные атомы.
(2) Трехмерное изображение поверхности в реальном пространстве может быть получено в реальном времени, которое можно использовать для изучения периодических или непериодических поверхностных структур, и эти наблюдаемые характеристики можно использовать для изучения динамических процессов. например, поверхностная диффузия.
(3) Можно наблюдать локальную поверхностную структуру одного атомного слоя, а не отдельное изображение или средний характер всей поверхности, и, таким образом, можно непосредственно наблюдать поверхностные дефекты, реконструкцию поверхности, морфологию и расположение поверхностные адсорбаты и реконструкция поверхности, вызванная адсорбатами.
(4) Он может работать в различных средах, таких как вакуум, атмосфера, комнатная температура и т. д., и даже может погружать образец в воду и другие растворы, что не требует специальных методов отбора проб и не повреждает образец во время обнаружения. процесс. Эти функции особенно подходят для исследования биологических образцов и оценки поверхности образцов в различных экспериментальных условиях, например, для многофазного каталитического механизма, механизма сверхпроводимости и мониторинга изменений поверхности электрода во время электрохимических реакций.
(5) В сочетании со сканирующей туннельной спектроскопией (СТС) можно получить информацию об электронной структуре поверхности, такой как плотность состояний на разных уровнях поверхности, поверхностные электронные ловушки, изменение поверхностных потенциальных барьеров. и структура энергетической щели.
