Уникальные преимущества сканирующей зондовой микроскопии
Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) работает по принципу обнаружения взаимодействия между различными физическими свойствами в микроскопическом или мезоскопическом диапазоне на основе сканирования очень тонким зондом атомной линейности над поверхностью исследуемого вещества с целью получения поверхностные свойства исследуемого вещества. Основное различие между различными типами СЗМ заключается в характеристиках зондов и соответствующих им режимах взаимодействия зонда с образцом.
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, приложив напряжение между кончиком иглы и образцом, электроны могут переноситься от кончика к образцу или от образца к кончику иглы посредством эффекта туннелирования, образуя туннельный 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.
