Τα μοναδικά πλεονεκτήματα της μικροσκοπίας ανιχνευτή σάρωσης
Η αρχή λειτουργίας ενός μικροσκοπίου ανιχνευτή σάρωσης βασίζεται σε διάφορες φυσικές ιδιότητες στη μικροσκοπική ή μεσοσκοπική περιοχή. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο ανιχνεύεται με σάρωση της επιφάνειας της υπό μελέτη ουσίας με έναν εξαιρετικά λεπτό ατομικό ανιχνευτή, προκειμένου να ληφθούν τα επιφανειακά χαρακτηριστικά της υπό μελέτη ουσίας. Η κύρια διαφορά μεταξύ των διαφορετικών τύπων SPM είναι τα χαρακτηριστικά τους στο άκρο της βελόνας και οι αντίστοιχες μέθοδοι αλληλεπίδρασης δείγματος 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 και έχει μια ορισμένη τάση πόλωσης μεταξύ αυτού και του δείγματος, με διάμετρο ατομικής κλίμακας. Λόγω της αρνητικής εκθετικής σχέσης μεταξύ της πιθανότητας διέλευσης ηλεκτρονίων και του πλάτους του φραγμού δυναμικού V (r), όταν η απόσταση μεταξύ του άκρου και του δείγματος είναι πολύ κοντά, το φράγμα δυναμικού γίνεται πολύ λεπτό και τα νέφη ηλεκτρονίων επικαλύπτονται με ο ένας τον άλλον. Εφαρμόζοντας μια τάση μεταξύ του άκρου και του δείγματος, 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 τις αλλαγές στο ρεύμα της σήραγγας μεταξύ του άκρου της βελόνας και του δείγματος, μπορούν να ληφθούν πληροφορίες για τη μορφολογία της επιφάνειας 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 στην επιφάνεια του δείγματος μπορεί να φτάσει τα 0,1nm και 0,01nm, αντίστοιχα, τα οποία μπορούν να διακρίνουν μεμονωμένα άτομα.
(2) Μπορούν να ληφθούν τρισδιάστατες εικόνες επιφανειών σε πραγματικό χρόνο σε πραγματικό χρόνο, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη επιφανειακών δομών με ή χωρίς περιοδικότητα. Αυτή η παρατηρήσιμη απόδοση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη δυναμικών διεργασιών όπως η επιφανειακή διάχυση.
(3) Μπορεί να παρατηρηθεί η τοπική επιφανειακή δομή ενός μεμονωμένου ατομικού στρώματος, παρά οι μέσες ιδιότητες της μεμονωμένης εικόνας ή ολόκληρης της επιφάνειας. Ως εκ τούτου, τα ελαττώματα της επιφάνειας, η ανακατασκευή της επιφάνειας, η μορφολογία και η θέση των επιφανειακών προσροφητικών και η επιφανειακή ανακατασκευή που προκαλούνται από προσροφητικά μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα.
(4) Μπορεί να λειτουργήσει σε διαφορετικά περιβάλλοντα όπως κενό, ατμόσφαιρα και θερμοκρασία δωματίου, ακόμη και να βυθίσει το δείγμα σε νερό και άλλα διαλύματα χωρίς την ανάγκη ειδικών τεχνικών προετοιμασίας δειγμάτων και η διαδικασία ανίχνευσης δεν βλάπτει το δείγμα. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τη μελέτη βιολογικών δειγμάτων και την αξιολόγηση της επιφάνειας των δειγμάτων κάτω από διαφορετικές πειραματικές συνθήκες, όπως η παρακολούθηση του πολυφασικού καταλυτικού μηχανισμού, του υπεραγώγιμου μηχανισμού και των αλλαγών στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου κατά τη διάρκεια ηλεκτροχημικών αντιδράσεων.
(5) Σε συνεργασία με το Scanning Tunneling Spectroscopy (STS), μπορούν να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με επιφανειακές ηλεκτρονικές δομές, όπως η πυκνότητα καταστάσεων σε διαφορετικά επίπεδα της επιφάνειας, τα φρεάτια ηλεκτρονίων επιφανείας, οι αλλαγές στα φράγματα επιφανειακού δυναμικού και οι δομές του ενεργειακού χάσματος.
