Edinstvene prednosti mikroskopije z vrstično sondo
Predgovor:
Ko se je zgodovina razvila v osemdeseta leta 20. stoletja, se je rodila nova vrsta instrumenta za analizo površin, ki temelji na fiziki in združuje vrsto sodobnih tehnologij, vrstični sondni mikroskop (STM). STM nima samo visoke prostorske ločljivosti (do O,1 nm v prečni smeri in boljši od 0,01 nm v vzdolžni smeri), ki je sposoben neposrednega opazovanja. Ne le da ima visoko prostorsko ločljivost (0,1 nm v vodoravni smeri in 0,01 nm v navpični smeri), lahko neposredno opazuje atomsko strukturo na površini snovi, lahko pa tudi manipulira z atomi in molekulami ter tako izvaja subjektivno voljo človeka nad naravo. Lahko rečemo, da je vrstični sondni mikroskop podaljšek človeških oči in rok ter kristalizacija človeške modrosti.
Načelo delovanja mikroskopije z vrstično sondo temelji na različnih fizikalnih lastnostih v mikroskopskem ali mezoskopskem območju, interakcijo med njimi pa zaznamo s pomočjo zelo fine sonde atomske linearnosti, ki skenira nad površino preučevane snovi, da bi Če želite pridobiti površinske lastnosti preučevane snovi, je glavna razlika med različnimi vrstami SPM v razlikah v značilnostih njihovih igel in njihovih ustreznih načinih interakcije z vzorci igel.
Načelo delovanja izhaja iz načela tuneliranja v kvantni mehaniki. V njegovem jedru je konica, ki lahko skenira površino vzorca z določeno prednapetostjo med njo in vzorcem, njen premer pa je na atomski lestvici. Ker možnost tuneliranja elektronov kaže negativno eksponentno razmerje s širino potencialne pregrade V(r), ko je razdalja med konico igle in vzorcem zelo blizu, potencialna pregrada med njima postane zelo tanka in elektronski oblaki se med seboj prekrivajo in z uporabo napetosti med konico igle in vzorcem se lahko elektroni prenesejo s konice na vzorec ali z vzorca na konico igle skozi učinek tuneliranja, da tvorijo tunel trenutno. Z beleženjem sprememb v tunelskem toku med konico in vzorcem je mogoče pridobiti informacije o morfologiji površine vzorca.
SPM ima edinstvene prednosti pred drugimi tehnikami površinske analize:
(1) Visoka ločljivost na atomski ravni z ločljivostjo 0,1 nm vzporedno in 0,01 nm v pravokotni smeri na površino vzorca, kjer je mogoče ločiti posamezne atome.
(2) V realnem času je mogoče pridobiti tridimenzionalno sliko površine v realnem prostoru, ki jo je mogoče uporabiti za preučevanje periodičnih ali neperiodičnih površinskih struktur, to opazljivo zmogljivost pa je mogoče uporabiti za preučevanje dinamičnih procesov. kot je površinska difuzija.
(3) Možno je opazovati lokalno površinsko strukturo posamezne atomske plasti namesto posamezne slike ali povprečne narave celotne površine, zato je mogoče neposredno opazovati površinske napake, rekonstrukcijo površine, morfologijo in lokacijo površinski adsorbati in površinska rekonstrukcija, ki jo povzročajo adsorbati.
(4) Lahko deluje v različnih okoljih, kot so vakuum, atmosfera, sobna temperatura itd., In lahko celo potopi vzorec v vodo in druge raztopine, kar ne zahteva posebnih tehnik vzorčenja in ne poškoduje vzorca med odkrivanjem. postopek. Te značilnosti so še posebej primerne za preučevanje bioloških vzorcev in ovrednotenje površine vzorca v različnih eksperimentalnih pogojih, na primer za večfazni katalitični mehanizem, mehanizem superprevodnosti in spremljanje sprememb površine elektrod med elektrokemičnimi reakcijami.
(5) V kombinaciji z vrstično tunelsko spektroskopijo (STS) je mogoče pridobiti informacije o elektronski strukturi površine, kot so gostota stanj na različnih ravneh površine, površinske pasti elektronov, variacije površinskih potencialnih pregrad. in strukturo energijske vrzeli.
