Εισαγωγή στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) είναι ένα είδος οργάνου που χρησιμοποιεί το φαινόμενο σήραγγας στην κβαντική θεωρία για να ανιχνεύσει τη δομή της επιφάνειας της ύλης, χρησιμοποιώντας το φαινόμενο κβαντικής σήραγγας των ηλεκτρονίων μεταξύ των ατόμων για να μετατρέψει τη διάταξη των ατόμων στην επιφάνεια της ύλης σε πληροφορίες εικόνας.
Εισαγωγή
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης είναι χρήσιμο για την παρατήρηση της συνολικής δομής μιας ουσίας, αλλά είναι πιο δύσκολο να αναλυθεί η δομή της επιφάνειας. Αυτό συμβαίνει επειδή το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης αποτελείται από ηλεκτρική ενέργεια υψηλής ενέργειας που διέρχεται από το δείγμα για τη λήψη πληροφοριών, που αντικατοπτρίζουν τις εσωτερικές πληροφορίες της ουσίας του δείγματος. Αν και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) μπορεί να αποκαλύψει ορισμένες επιφανειακές συνθήκες, η λεγόμενη "επιφάνεια" που αναλύεται βρίσκεται πάντα σε ένα ορισμένο βάθος, επειδή τα προσπίπτοντα ηλεκτρόνια έχουν πάντα μια συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας και διεισδύουν στο εσωτερικό του δείγματος και τον ρυθμό πλέξης είναι επίσης πολύ περιορισμένη. Η ηλεκτρονική μικροσκοπία εκπομπής πεδίου (FEM) και η μικροσκοπία ιόντων πεδίου (FIM) μπορούν να χρησιμοποιηθούν καλά για επιφανειακές μελέτες, αλλά τα δείγματα πρέπει να προετοιμαστούν ειδικά και μπορούν να τοποθετηθούν μόνο στην άκρη μιας πολύ λεπτής βελόνας και τα δείγματα πρέπει να ικανό να αντέξει ένα υψηλό ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο περιορίζει το πεδίο εφαρμογής του.
Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) λειτουργεί με εντελώς διαφορετική αρχή. Δεν λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με το υλικό του δείγματος με τη δράση μιας δέσμης ηλεκτρονίων στο δείγμα (π.χ. ηλεκτρονικά μικροσκόπια μετάδοσης και σάρωσης), ούτε μελετά το υλικό του δείγματος απεικονίζοντάς το μέσω του σχηματισμού ενός εκπεμπόμενου ρεύματος (π.χ. ηλεκτρονίων εκπομπής πεδίου μικροσκόπια) μέσω ενός υψηλού ηλεκτρικού πεδίου που δίνει στα ηλεκτρόνια στο δείγμα περισσότερη ενέργεια από το έργο της αποκόλλησης, αλλά με ανίχνευση ρεύματος σήραγγας στην επιφάνεια του δείγματος, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απεικόνιση της επιφάνειας. Είναι με την ανίχνευση του ρεύματος σήραγγας στην επιφάνεια του δείγματος προς εικόνα, έτσι ώστε να μελετηθεί η επιφάνεια του δείγματος.
Αρχή
Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας είναι ένας νέος τύπος μικροσκοπίου που μπορεί να διακρίνει τη μορφολογία της επιφάνειας ενός στερεού ανιχνεύοντας τα ρεύματα σήραγγας των ηλεκτρονίων στα άτομα στην επιφάνεια του στερεού σύμφωνα με την αρχή του φαινομένου σήραγγας στην κβαντική μηχανική.
Λόγω της επίδρασης σήραγγας των ηλεκτρονίων, τα ηλεκτρόνια στο μέταλλο δεν περιορίζονται πλήρως εντός του επιφανειακού ορίου, δηλαδή, η πυκνότητα των ηλεκτρονίων δεν πέφτει ξαφνικά στο μηδέν στο όριο της επιφάνειας, αλλά διασπάται εκθετικά έξω από την επιφάνεια. το μήκος διάσπασης είναι περίπου 1 nm, που είναι το μέτρο της διαφυγής ηλεκτρονίων από το επιφανειακό φράγμα δυναμικού. Εάν δύο μέταλλα είναι κοντά το ένα στο άλλο, τα νέφη ηλεκτρονίων τους μπορεί να επικαλύπτονται. Εάν εφαρμόζεται μικρή τάση μεταξύ των δύο μετάλλων, τότε μπορεί να παρατηρηθεί ένα ρεύμα (που ονομάζεται ρεύμα σήραγγας) μεταξύ τους.
