Edinstvene prednosti vrstičnega sondnega mikroskopa
Ko se je zgodovina razvijala do osemdesetih let 20. stoletja, se je rodil nov mikroskop s sondo (STM), ki je temeljil na fiziki in je bil integriran s številnimi sodobnimi tehnologijami. STM nima le visoke prostorske ločljivosti (do 0,1 nm v vodoravni smeri, vendar boljšo od 0,01 nm v navpični smeri), lahko neposredno opazuje atomsko strukturo na površini snovi, ampak tudi manipulira z atomi in molekulami, tako vsiljevanje človeške subjektivne volje naravi. Lahko rečemo, da je vrstični sondni mikroskop podaljšek človeških oči in rok ter kristalizacija človeške modrosti.
Načelo delovanja vrstičnega sondnega mikroskopa temelji na različnih fizikalnih lastnostih v mikroskopskem ali mezoskopskem območju, interakcijo med njimi pa zaznamo s skeniranjem ultrafine sonde z atomsko linearnostjo nad površino proučevane snovi, tako da dobimo površino lastnosti preučevane snovi. Glavna razlika med različnimi vrstami SPM je v njihovih značilnostih konice igle in ustreznih načinih interakcije vzorcev konice igle.
Načelo delovanja izhaja iz načela tuneliranja v kvantni mehaniki. Njegovo jedro je konica igle, ki lahko skenira po površini vzorca, ima določeno prednapetost z vzorcem, njegov premer pa je v atomskem merilu. Ker je verjetnost elektronskega tuneliranja v negativnem eksponentnem razmerju s širino pregrade V(r), ko je razdalja med konico igle in vzorcem zelo blizu, postane pregrada med njima zelo tanka in elektronski oblaki se prekrivajo drugo. Ko je napetost uporabljena med konico igle in vzorcem, se lahko elektroni prenesejo s konice igle na vzorec ali z vzorca na konico igle s tunelskim učinkom in tvorijo tunelski tok. Z beleženjem spremembe tunelskega toka med konico igle in vzorcem je mogoče pridobiti informacije o morfologiji površine vzorca.
V primerjavi z drugimi tehnologijami 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 0.1nm oziroma 0.01nm, tako da je mogoče razločiti en sam atom.
(2) Tridimenzionalno sliko površine v realnem prostoru je mogoče dobiti v realnem času, ki jo je mogoče uporabiti za preučevanje površinske strukture s periodičnostjo ali brez nje, to opazljivost pa je mogoče uporabiti za preučevanje dinamičnih procesov, kot je površinska difuzija .
(3) Namesto povprečnih lastnosti posamezne slike ali celotne površine je mogoče opazovati lokalno površinsko strukturo ene same atomske plasti, torej površinske napake, površinsko rekonstrukcijo, obliko in položaj površinskih adsorbentov ter površinsko rekonstrukcijo, ki jo povzročajo adsorbenti. je mogoče neposredno opazovati.
(4) Lahko deluje v različnih okoljih, kot so vakuum, atmosfera, normalna temperatura itd., In celo vzorec je mogoče potopiti v vodo in druge raztopine, brez posebne tehnologije priprave vzorca, postopek odkrivanja pa ne poškoduje vzorca . Te značilnosti so še posebej primerne za preučevanje bioloških vzorcev in vrednotenje površine vzorcev pod različnimi eksperimentalnimi pogoji, kot so heterogeni katalitični mehanizem, superprevodni mehanizem, spremljanje sprememb površine elektrode med elektrokemijsko reakcijo itd.
(5) Z vrstično tunelsko spektroskopijo (STS) je mogoče pridobiti informacije o površinski elektronski strukturi, kot so gostota stanj na različnih ravneh površine, površinska elektronska past, sprememba površinske pregrade in struktura energijske vrzeli. .
