Načelo skenirajoče tunelske elektronske mikroskopije
Skenirni tunelski mikroskop (STM) je instrument, ki uporablja učinek tuneliranja v kvantni teoriji za odkrivanje površinske strukture materialov. Uporablja učinek kvantnega tuneliranja elektronov med atomi za pretvorbo razporeditve atomov na površini materialov v slikovno informacijo. od.
Uvod
Transmisijski elektronski mikroskop je zelo uporaben pri opazovanju celotne strukture snovi, težje pa je pri analizi površinske strukture, saj transmisijski elektronski mikroskop pridobiva informacije z visokoenergijsko elektriko skozi vzorec, ki odseva vzorčno snov. . notranje informacije. Čeprav lahko vrstična elektronska mikroskopija (SEM) razkrije določene površinske razmere, ker imajo vpadni elektroni vedno določeno energijo in bodo prodrli v vzorec, je analizirana tako imenovana "površina" vedno na določeni globini in tudi stopnja cepitve je močno prizadeti. omejitev. Čeprav se elektronski mikroskop z emisijo polja (FEM) in ionski mikroskop s poljem (FIM) lahko dobro uporabljata za površinske raziskave, mora biti vzorec posebej pripravljen in ga je mogoče namestiti le na zelo tanko konico igle, vzorec pa mora vzdržati tudi visokointenzivna električna polja, tako da omejuje njegovo področje uporabe.
Vrstilni tunelski elektronski mikroskop (STM) deluje na povsem drugem principu, informacije o snovi vzorca ne pridobiva z delovanjem na vzorec z elektronskim žarkom (kot transmisijski in vrstični elektronski mikroskop), niti ne uporablja visokega električno polje, da elektroni v vzorcu pridobijo več kot izstopijo Slikanje emisijskega toka (kot je elektronski mikroskop z emisijo polja), ki ga tvori energija dela, se lahko uporabi za preučevanje vzorčnega materiala. Slika se z zaznavanjem tunelskega toka na površini vzorca, da se preuči površina vzorca.
načelo
Vrtilni tunelski mikroskop je nova vrsta mikroskopske naprave za razlikovanje površinske morfologije trdnih snovi z zaznavanjem tunelskega toka elektronov v atomih na trdni površini v skladu z načelom tunelskega učinka v kvantni mehaniki.
Zaradi tunelskega učinka elektronov elektroni v kovini niso popolnoma omejeni znotraj površinske meje, kar pomeni, da gostota elektronov ne pade nenadoma na nič na površinski meji, ampak eksponentno upada zunaj površine; razpadna dolžina je približno 1 nm, kar je merilo površinske pregrade za uhajanje elektronov. Če sta dve kovini zelo blizu druga drugi, se lahko njuni elektronski oblaki prekrivajo; če se med dvema kovinama uporabi majhna napetost, lahko med njima opazimo električni tok (imenovan tunelski tok).
Način dela
Čeprav so konfiguracije vrstičnih tunelskih elektronskih mikroskopov različne, vse vključujejo naslednje tri glavne dele: mehanski sistem (ohišje zrcala), ki poganja sondo, da izvaja tridimenzionalne gibe glede na površino prevodnega vzorca, in se uporablja za nadzor in spremljanje sonde. Elektronski sistem za oddaljenost od vzorca in prikazovalni sistem za pretvorbo izmerjenih podatkov v slike. Ima dva načina delovanja: način stalnega toka in način stalnega visokega toka.
Način konstantnega toka
Tok tuneliranja je nadzorovan in konstanten z elektronskim povratnim vezjem. Nato računalniški sistem nadzoruje konico igle za skeniranje na površini vzorca, kar pomeni, da se konica igle premika dvodimenzionalno vzdolž smeri x in y. Ker je treba nadzorovati tok tunela, da bo konstanten, bo tudi lokalna višina med konico igle in površino vzorca ostala konstantna, tako da bo konica igle izvajala enake dvige in padce z vzponi in padci površine vzorca, in podatki o višini se bodo ustrezno odražali. Pridi ven. To pomeni, da vrstični tunelski elektronski mikroskop pridobi tridimenzionalne informacije o površini vzorca. Ta delovna metoda pridobi celovite slikovne informacije, visokokakovostne mikroskopske slike in se pogosto uporablja.
Način konstantne višine
Med postopkom skeniranja vzorca naj bo absolutna višina konice igle konstantna; takrat se bo spremenila lokalna razdalja med konico igle in površino vzorca, ustrezno pa se bo spremenila tudi velikost tunelskega toka I; spremembo tunelskega toka I računalnik zabeleži in pretvori v Slikovni signal se prikaže, to pomeni, da dobimo mikrograf vrstičnega tunelskega elektronskega mikroskopa. Ta način dela je primeren le za vzorce z relativno ravnimi površinami in posameznimi komponentami.
