Ιδιαίτερα πλεονεκτήματα της μικροσκοπίας ανιχνευτή σάρωσης
Τα μοναδικά πλεονεκτήματα του μικροσκοπίου ανιχνευτή σάρωσης Πρόλογος:
Όταν η ιστορία αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1980, γεννήθηκε ένας νέος τύπος οργάνου ανάλυσης επιφάνειας που βασίστηκε στη φυσική και ενσωματώνει μια ποικιλία σύγχρονων τεχνολογιών - το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης (STM). Το STM όχι μόνο έχει πολύ υψηλή χωρική ανάλυση (έως O.1nm στην οριζόντια κατεύθυνση, καλύτερα από τα O.01nm στην κατακόρυφη κατεύθυνση), μπορεί να παρατηρήσει άμεσα την ατομική δομή της επιφάνειας του υλικού και μπορεί επίσης να χειριστεί άτομα και μόρια, ώστε η ανθρώπινη υποκειμενική βούληση να επιβάλλεται στη φύση. Μπορεί να ειπωθεί ότι το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης είναι η προέκταση των ανθρώπινων ματιών και χεριών και η κρυστάλλωση της ανθρώπινης σοφίας.
Η αρχή λειτουργίας του μικροσκοπίου ανιχνευτή σάρωσης βασίζεται σε διάφορα φυσικά χαρακτηριστικά στο μικροσκοπικό ή μεσοσκοπικό εύρος και ανιχνεύει την αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο κατά τη σάρωση της επιφάνειας της προς μελέτη ουσίας από έναν ατομικά λεπτό ανιχνευτή, έτσι ώστε να ληφθεί η μελετήστε τις επιφανειακές ιδιότητες της ύλης, η κύρια διαφορά μεταξύ των διαφορετικών τύπων SPM είναι οι ιδιότητες της κορυφής τους και οι αντίστοιχοι τρόποι με τους οποίους η άκρη αλληλεπιδρά με το δείγμα.
Η αρχή λειτουργίας προέρχεται από την αρχή της σήραγγας στην κβαντική μηχανική. Ο πυρήνας του είναι ένα άκρο βελόνας που μπορεί να σαρώσει στην επιφάνεια του δείγματος, έχει μια ορισμένη τάση πόλωσης με το δείγμα και έχει διάμετρο ατομικής κλίμακας. Δεδομένου ότι η πιθανότητα διέλευσης ηλεκτρονίων έχει αρνητική εκθετική σχέση με το πλάτος του φραγμού δυναμικού V(r), όταν η απόσταση μεταξύ του άκρου και του δείγματος είναι πολύ κοντά, το φράγμα δυναμικού μεταξύ τους γίνεται πολύ λεπτό και τα νέφη ηλεκτρονίων επικαλύπτονται ο ένας τον άλλον. Όταν εφαρμόζεται μια τάση, τα ηλεκτρόνια μπορούν να μεταφερθούν από το άκρο στο δείγμα ή από το δείγμα στο άκρο μέσω του φαινομένου της σήραγγας, σχηματίζοντας ένα ρεύμα σήραγγας. Καταγράφοντας τη μεταβολή του ρεύματος της σήραγγας μεταξύ του άκρου της βελόνας και του δείγματος, μπορούν να ληφθούν οι πληροφορίες της επιφανειακής τοπογραφίας του δείγματος.
Σε σύγκριση με άλλες τεχνικές ανάλυσης επιφάνειας, το SPM έχει μοναδικά πλεονεκτήματα:
(1) Έχει ατομικό επίπεδο υψηλής ανάλυσης. Η ανάλυση του STM στην κατεύθυνση παράλληλη και κάθετη προς την επιφάνεια του δείγματος μπορεί να φτάσει τα 0.1nm και 0.01nm, αντίστοιχα, και μπορούν να επιλυθούν μεμονωμένα άτομα.
(2) Η τρισδιάστατη εικόνα της επιφάνειας σε πραγματικό χώρο μπορεί να ληφθεί σε πραγματικό χρόνο, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη περιοδικής ή μη περιοδικής δομής επιφάνειας. Αυτή η παρατηρήσιμη απόδοση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη δυναμικών διεργασιών όπως η διάχυση στην επιφάνεια.
(3) Είναι δυνατό να παρατηρηθεί η τοπική επιφανειακή δομή ενός μόνο ατομικού στρώματος, αντί της μεμονωμένης εικόνας ή των μέσων ιδιοτήτων ολόκληρης της επιφάνειας, έτσι ώστε τα επιφανειακά ελαττώματα, η ανακατασκευή της επιφάνειας, η μορφολογία και η θέση των επιφανειακών προσροφητών και αλλαγές που προκαλούνται από προσροφητικά μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα. Ανακατασκευή επιφανειών κ.λπ.
(4) Μπορεί να λειτουργήσει σε διαφορετικά περιβάλλοντα όπως κενό, ατμόσφαιρα και κανονική θερμοκρασία, ακόμη και να βυθίσει το δείγμα σε νερό και άλλα διαλύματα, χωρίς ειδική τεχνολογία προετοιμασίας δειγμάτων και η διαδικασία ανίχνευσης δεν θα βλάψει το δείγμα. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τη μελέτη βιολογικών δειγμάτων και την αξιολόγηση επιφανειών δειγμάτων κάτω από διαφορετικές πειραματικές συνθήκες, όπως παρακολούθηση ετερογενών καταλυτικών μηχανισμών, υπεραγώγιμων μηχανισμών και αλλαγών στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου κατά τη διάρκεια ηλεκτροχημικών αντιδράσεων.
(5) Σε συνεργασία με το STS (Scanning Tunneling Spectroscopy), μπορούν να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με την επιφανειακή ηλεκτρονική δομή, όπως η πυκνότητα των καταστάσεων σε διαφορετικά επίπεδα της επιφάνειας, τα φρεάτια επιφανειακών ηλεκτρονίων, οι αλλαγές στα εμπόδια δυναμικού της επιφάνειας και οι δομές του ενεργειακού χάσματος.
