Avantatges únics de la microscòpia amb sonda d'escaneig
El principi de funcionament de la microscòpia de sonda d'escaneig es basa en diverses propietats físiques en el rang microscòpic o mesoscòpic, i la interacció entre elles es detecta mitjançant una sonda molt fina d'escaneig de linealitat atòmica sobre la superfície de la substància en estudi, per tal de Obtenir les propietats superficials de la substància en estudi, la principal diferència entre els diferents tipus de SPM rau en les diferències en les característiques de les seves agulles i les seves corresponents maneres d'interaccionar amb les mostres de les agulles.
El principi de funcionament es deriva del principi de túnel a través de la mecànica quàntica. En el seu nucli hi ha una punta que pot escanejar sobre la superfície de la mostra amb un cert voltatge de polarització entre aquesta i la mostra, i el diàmetre de la qual és a escala atòmica. Com que la possibilitat d'un túnel d'electrons mostra una relació exponencial negativa amb l'amplada de la barrera potencial V(r), quan la distància entre la punta de l'agulla i la mostra és molt propera, la barrera potencial entre elles es torna molt prima i la els núvols d'electrons se superposen entre si, i aplicant una tensió entre la punta de l'agulla i la mostra, els electrons es poden transferir de la punta a la mostra o de la mostra a la punta de l'agulla a través de l'efecte de túnel per formar un túnel. actual. Enregistrant els canvis en el corrent de túnel entre la punta i la mostra, es pot obtenir informació sobre la morfologia superficial de la mostra.
SPM té avantatges únics sobre altres tècniques d'anàlisi de superfícies:
(1) Alta resolució a nivell atòmic, amb resolucions de 0,1 nm en paral·lel i 0,01 nm en direcció perpendicular a la superfície de la mostra, on es poden resoldre àtoms individuals.
(2) Es pot obtenir una imatge tridimensional de la superfície a l'espai real en temps real, que es pot utilitzar per a l'estudi d'estructures superficials periòdiques o no periòdiques, i aquest rendiment observable es pot utilitzar per a l'estudi de processos dinàmics. com la difusió superficial.
(3) És possible observar l'estructura de la superfície local d'una sola capa atòmica en lloc de la imatge individual o la naturalesa mitjana de tota la superfície, i per tant és possible observar directament els defectes superficials, la reconstrucció de la superfície, la morfologia i la ubicació de adsorbats superficials i reconstrucció superficial causada per adsorbats.
(4) Pot funcionar en diferents entorns, com ara buit, atmosfera, temperatura ambient, etc., i fins i tot pot submergir la mostra en aigua i altres solucions, que no requereixen tècniques especials de mostreig i no danya la mostra durant la detecció. procés. Aquestes característiques són especialment adequades per a l'estudi de mostres biològiques i l'avaluació de la superfície de la mostra en diferents condicions experimentals, com ara el mecanisme catalític multifàsic, el mecanisme de superconductivitat i el seguiment dels canvis de superfície dels elèctrodes durant les reaccions electroquímiques.
(5) En combinació 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, les trampes d'electrons superficials, la variació de les barreres de potencial superficial. i l'estructura del buit energètic.
