Τα μοναδικά πλεονεκτήματα του μικροσκοπίου ανιχνευτή σάρωσης
Όταν η ιστορία αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1980, γεννήθηκε ένα νέο μικροσκόπιο ανιχνευτή οργάνων ανάλυσης επιφάνειας (STM), το οποίο βασίστηκε στη φυσική και ενσωματώθηκε με πολλές σύγχρονες τεχνολογίες. Το STM όχι μόνο έχει υψηλή χωρική ανάλυση (έως O.1nm σε οριζόντια κατεύθυνση, αλλά καλύτερη από το O.01nm σε κάθετη κατεύθυνση), μπορεί να παρατηρήσει άμεσα την ατομική δομή στην επιφάνεια της ύλης, αλλά και να χειριστεί άτομα και μόρια, έτσι επιβάλλοντας την ανθρώπινη υποκειμενική βούληση στη φύση. Μπορεί να ειπωθεί ότι το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης είναι η προέκταση των ανθρώπινων ματιών και χεριών και η αποκρυστάλλωση της ανθρώπινης σοφίας.
Η αρχή λειτουργίας του μικροσκοπίου ανιχνευτή σάρωσης βασίζεται σε διάφορες φυσικές ιδιότητες σε μικροσκοπικό ή μεσοσκοπικό εύρος και η μεταξύ τους αλληλεπίδραση ανιχνεύεται με σάρωση του εξαιρετικά λεπτού καθετήρα με ατομική γραμμικότητα πάνω από την επιφάνεια της υπό μελέτη ουσίας, έτσι ώστε να ληφθεί η επιφάνεια χαρακτηριστικά της υπό μελέτη ουσίας. Η κύρια διαφορά μεταξύ των διαφορετικών τύπων SPM έγκειται στα χαρακτηριστικά του άκρου της βελόνας και στους αντίστοιχους τρόπους αλληλεπίδρασης των δειγμάτων από το άκρο της βελόνας.
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 η διάμετρός του είναι ατομική κλίμακα. Επειδή η πιθανότητα διάνοιξης ηλεκτρονίων έχει αρνητική εκθετική σχέση με το πλάτος του φράγματος V(r), όταν η απόσταση μεταξύ του άκρου της βελόνας και του δείγματος είναι πολύ κοντά, το φράγμα μεταξύ τους γίνεται πολύ λεπτό και τα νέφη ηλεκτρονίων επικαλύπτουν το καθένα. άλλα. Όταν εφαρμόζεται τάση μεταξύ του άκρου της βελόνας και του δείγματος, τα ηλεκτρόνια μπορούν να μεταφερθούν από το άκρο της βελόνας στο δείγμα ή από το δείγμα στο άκρο της βελόνας 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 για τη μορφολογία της επιφάνειας του δείγματος.
Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες ανάλυσης επιφάνειας, το SPM έχει μοναδικά πλεονεκτήματα:
(1) Έχει υψηλή ανάλυση σε ατομικό επίπεδο. Η ανάλυση του STM στην κατεύθυνση παράλληλη και κάθετη προς την επιφάνεια του δείγματος μπορεί να φτάσει τα 0.1nm και 0.01nm αντίστοιχα, έτσι ώστε να μπορεί να διακριθεί ένα μεμονωμένο άτομο.
(2) Η τρισδιάστατη εικόνα της επιφάνειας στον πραγματικό χώρο μπορεί να ληφθεί σε πραγματικό χρόνο, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της δομής της επιφάνειας με ή χωρίς περιοδικότητα, και αυτή η παρατηρησιμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη των δυναμικών διεργασιών όπως η διάχυση της επιφάνειας .
(3) Η τοπική επιφανειακή δομή ενός μεμονωμένου ατομικού στρώματος μπορεί να παρατηρηθεί αντί για τις μέσες ιδιότητες μιας μεμονωμένης εικόνας ή ολόκληρης της επιφάνειας, επομένως επιφανειακά ελαττώματα, ανακατασκευή επιφάνειας, σχήμα και θέση των επιφανειακών προσροφητών και αναδόμηση επιφάνειας που προκαλούνται από προσροφητικά μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα.
(4) Μπορεί να λειτουργήσει σε διαφορετικά περιβάλλοντα όπως κενό, ατμόσφαιρα, κανονική θερμοκρασία κ.λπ., ακόμη και το δείγμα μπορεί να βυθιστεί σε νερό και άλλα διαλύματα, χωρίς ειδική τεχνολογία προετοιμασίας δειγμάτων και η διαδικασία ανίχνευσης δεν έχει καμία ζημιά στο δείγμα . Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τη μελέτη βιολογικών δειγμάτων και την αξιολόγηση της επιφάνειας των δειγμάτων υπό διαφορετικές πειραματικές συνθήκες, όπως ετερογενής καταλυτικός μηχανισμός, υπεραγώγιμος μηχανισμός, παρακολούθηση των αλλαγών της επιφάνειας του ηλεκτροδίου κατά την ηλεκτροχημική αντίδραση κ.ο.κ.
(5) Με τη φασματοσκοπία σάρωσης σήραγγας (STS), μπορούν να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με την επιφανειακή ηλεκτρονική δομή, όπως η πυκνότητα των καταστάσεων σε διαφορετικά επίπεδα της επιφάνειας, η επιφανειακή παγίδα ηλεκτρονίων, η αλλαγή του επιφανειακού φραγμού και η δομή του ενεργειακού κενού .
