Els avantatges únics del microscopi de sonda d'escaneig
Quan la història es va desenvolupar fins a la dècada de 1980, va néixer un nou microscopi de sonda d'exploració d'instruments d'anàlisi de superfícies (STM), que es basava en la física i s'integrava amb moltes tecnologies modernes. STM no només té una alta resolució espacial (fins a O.1nm en direcció horitzontal, però millor que O.01nm en direcció vertical), pot observar directament l'estructura atòmica a la superfície de la matèria, sinó que també manipula àtoms i molècules, així imposant la voluntat subjectiva humana a la natura. Es pot dir que el microscopi de sonda d'escaneig és l'extensió dels ulls i les mans humans i la cristal·lització de la saviesa humana.
El principi de funcionament del microscopi de sonda d'escaneig es basa en diverses propietats físiques en el rang microscòpic o mesoscòpic, i la interacció entre elles es detecta escanejant la sonda ultrafina amb linealitat atòmica per sobre de la superfície de la substància estudiada, per obtenir la superfície. Característiques de la substància estudiada. La principal diferència entre els diferents tipus de SPM rau en les seves característiques de punta d'agulla i els modes d'interacció corresponents de les mostres de punta d'agulla.
El principi de funcionament prové del principi de túnel de la mecànica quàntica. El seu nucli és una punta d'agulla que es pot escanejar a la superfície de la mostra, té una certa tensió de polarització amb la mostra i el seu diàmetre és a escala atòmica. Com que la probabilitat de túnel d'electrons té una relació exponencial negativa amb l'amplada de la barrera V(r), quan la distància entre la punta de l'agulla i la mostra és molt propera, la barrera entre elles es torna molt fina i els núvols d'electrons se superposen a cadascun. altres. Quan s'aplica una tensió entre la punta de l'agulla i la mostra, els electrons es poden transferir de la punta de l'agulla a la mostra o de la mostra a la punta de l'agulla mitjançant l'efecte de túnel, formant un corrent de túnel. Enregistrant el canvi de corrent del túnel entre la punta de l'agulla i la mostra, es pot obtenir la informació de la morfologia de la superfície de la mostra.
En comparació amb altres tecnologies d'anàlisi de superfícies, SPM té avantatges únics:
(1) Té una alta resolució a nivell atòmic. La resolució de STM en la direcció paral·lela i perpendicular a la superfície de la mostra pot arribar a 0,1 nm i 0,01 nm respectivament, de manera que es pot distingir un sol àtom.
(2) La imatge tridimensional de la superfície a l'espai real es pot obtenir en temps real, que es pot utilitzar per estudiar l'estructura de la superfície amb o sense periodicitat, i aquesta observabilitat es pot utilitzar per estudiar els processos dinàmics com la difusió superficial. .
(3) Es pot observar l'estructura de la superfície local d'una sola capa atòmica en lloc de les propietats mitjanes d'una imatge individual o de tota la superfície, de manera que els defectes superficials, la reconstrucció de la superfície, la forma i la posició dels adsorbents superficials i la reconstrucció superficial causada pels adsorbents. es pot observar directament.
(4) Pot funcionar en diferents entorns, com ara buit, atmosfera, temperatura normal, etc., i fins i tot la mostra es pot submergir en aigua i altres solucions, sense tecnologia especial de preparació de mostres, i el procés de detecció no té cap dany a la mostra. . Aquestes característiques són especialment adequades per estudiar mostres biològiques i avaluar la superfície de les mostres en diferents condicions experimentals, com ara el mecanisme catalític heterogeni, el mecanisme superconductor, el seguiment dels canvis de la superfície de l'elèctrode durant la reacció electroquímica, etc.
(5) Amb l'espectroscòpia de túnel d'escaneig (STS), es pot obtenir informació sobre l'estructura electrònica de la superfície, com ara la densitat d'estats a diferents nivells de la superfície, la trampa d'electrons superficials, el canvi de la barrera superficial i l'estructura del buit d'energia. .
