Prednosti mikroskopije z vrstično sondo, ki so posebne
Edinstvene prednosti skenirajočega sondnega mikroskopa Predgovor:
Ko se je zgodovina razvila v osemdeseta leta 20. stoletja, se je rodila nova vrsta instrumenta za analizo površine, ki temelji na fiziki in vključuje številne sodobne tehnologije - vrstični sondni mikroskop (STM). STM nima samo zelo visoke prostorske ločljivosti (do 0,1 nm v vodoravni smeri, boljšo od 0,01 nm v navpični smeri), lahko neposredno opazuje atomsko strukturo površine materiala in lahko tudi manipulira z atomi in molekule, tako da je človeška Subjektivna volja naravi vsiljena. Lahko rečemo, da je skenirni sondni mikroskop podaljšek človeških oči in rok ter kristalizacija človeške modrosti.
Načelo delovanja mikroskopa z vrstično sondo temelji na različnih fizikalnih značilnostih v mikroskopskem ali mezoskopskem območju in zaznava interakcijo med obema pri skeniranju površine snovi, ki jo preučujemo z atomsko tanko sondo, da dobimo To Če preučujemo površinske lastnosti snovi, je glavna razlika med različnimi vrstami SPM njihove lastnosti konice in ustrezni načini interakcije konice z vzorcem.
Načelo delovanja izhaja iz načela tuneliranja v kvantni mehaniki. Njegovo jedro je konica igle, ki lahko skenira na površini vzorca, ima določeno prednapetost z vzorcem in ima premer atomske lestvice. Ker ima verjetnost elektronskega tuneliranja negativno eksponentno razmerje s širino potencialne pregrade V(r), ko je razdalja med konico in vzorcem zelo blizu, postane potencialna pregrada med njima zelo tanka in elektronski oblaki se prekrivajo. drug drugega. Ko je napetost uporabljena, se lahko elektroni prenesejo s konice na vzorec ali z vzorca na konico skozi učinek tunela in tvorijo tunelski tok. Z beleženjem spremembe tunelskega toka med konico igle in vzorcem je mogoče pridobiti informacije o topografiji površine vzorca.
V primerjavi z drugimi tehnikami površinske analize ima SPM edinstvene prednosti:
(1) Ima visoko ločljivost na atomski ravni. Ločljivost STM v smeri, ki je vzporedna in pravokotna na površino vzorca, lahko doseže 0.1 nm oziroma 0.01 nm, pri čemer je mogoče ločiti posamezne atome.
(2) V realnem času je mogoče dobiti tridimenzionalno sliko površine v realnem prostoru, ki jo lahko uporabimo za preučevanje periodične ali neperiodične strukture površine. Ta opazna zmogljivost se lahko uporabi za preučevanje dinamičnih procesov, kot je površinska difuzija.
(3) Možno je opazovati lokalno površinsko strukturo ene same atomske plasti namesto posamezne slike ali povprečnih lastnosti celotne površine, tako da površinske napake, rekonstrukcija površine, morfologija in položaj površinskih adsorbentov ter spremembe, ki jih povzročajo adsorbenti, je mogoče neposredno opazovati. Površinska rekonstrukcija itd.
(4) Deluje lahko v različnih okoljih, kot so vakuum, atmosfera in normalna temperatura, in celo potopi vzorec v vodo in druge raztopine, brez posebne tehnologije priprave vzorca, postopek odkrivanja pa ne bo poškodoval vzorca. Te značilnosti so še posebej primerne za preučevanje bioloških vzorcev in vrednotenje površin vzorcev v različnih eksperimentalnih pogojih, kot je spremljanje heterogenih katalitskih mehanizmov, superprevodnih mehanizmov in sprememb površine elektrod med elektrokemičnimi reakcijami.
(5) S sodelovanjem s STS (Scanning Tunneling Spectroscopy) je mogoče pridobiti informacije o površinski elektronski strukturi, kot so gostota stanj na različnih ravneh površine, površinske elektronske vrtine, spremembe površinskih potencialnih pregrad in strukture energijske vrzeli.
