Μοναδικά οφέλη της μικροσκοπίας 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 υψηλή χωρική ανάλυση (μέχρι O.1 nm στην εγκάρσια κατεύθυνση και καλύτερα από το O.01 nm στη διαμήκη κατεύθυνση), το οποίο είναι ικανό να παρατηρεί απευθείας το Δεν έχει μόνο υψηλή χωρική ανάλυση (O.1 nm οριζόντια και O.01 nm κατακόρυφα), Μπορεί να παρατηρήσει άμεσα την ατομική δομή στην επιφάνεια της ύλης, αλλά μπορεί επίσης να χειριστεί άτομα και μόρια, ασκώντας έτσι την υποκειμενική βούληση των ανθρώπων στη φύση. Μπορεί να ειπωθεί ότι το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης είναι η προέκταση των ανθρώπινων ματιών και χεριών και είναι η κρυστάλλωση της ανθρώπινης σοφίας.
Η αρχή λειτουργίας του Scanning Probe Microscopy βασίζεται σε διάφορες φυσικές ιδιότητες στο μικροσκοπικό ή μεσοσκοπικό εύρος και η μεταξύ τους αλληλεπίδραση ανιχνεύεται μέσω ενός πολύ λεπτού ανιχνευτή ατομικής γραμμικότητας σάρωσης πάνω από την επιφάνεια της υπό μελέτη ουσίας, προκειμένου να λάβετε τις επιφανειακές ιδιότητες της υπό μελέτη ουσίας, η κύρια διαφορά μεταξύ των διαφορετικών τύπων SPM έγκειται στις διαφορές στα χαρακτηριστικά των βελόνων τους και στους αντίστοιχους τρόπους αλληλεπίδρασής τους με τα δείγματα των βελόνων.
Η αρχή της λειτουργίας προέρχεται από την αρχή της διάνοιξης σήραγγας στην κβαντική μηχανική. Στον πυρήνα του υπάρχει ένα άκρο που μπορεί να σαρώσει την επιφάνεια του δείγματος με μια συγκεκριμένη τάση πόλωσης μεταξύ αυτής και του δείγματος και του οποίου η διάμετρος είναι στην ατομική κλίμακα. Καθώς η πιθανότητα διέλευσης ηλεκτρονίων δείχνει μια αρνητική εκθετική σχέση με το πλάτος του φραγμού δυναμικού V(r), όταν η απόσταση μεταξύ της άκρης της βελόνας και του δείγματος είναι πολύ κοντά, το φράγμα δυναμικού μεταξύ τους γίνεται πολύ λεπτό και νέφη ηλεκτρονίων επικαλύπτονται μεταξύ τους και εφαρμόζοντας τάση μεταξύ της άκρης της βελόνας και του δείγματος, τα ηλεκτρόνια μπορούν να μεταφερθούν από την άκρη στο δείγμα ή από το δείγμα στην άκρη της βελόνας μέσω του φαινομένου σήραγγας για να σχηματίσουν μια σήραγγα ρεύμα. Καταγράφοντας τις αλλαγές στο ρεύμα διάνοιξης σήραγγας μεταξύ του άκρου και του δείγματος, μπορούν να ληφθούν πληροφορίες για τη μορφολογία της επιφάνειας του δείγματος.
Το SPM έχει μοναδικά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες τεχνικές ανάλυσης επιφάνειας:
(1) Υψηλή ανάλυση σε ατομικό επίπεδο, με αναλύσεις 0,1 nm παράλληλα και 0,01 nm στην κάθετη κατεύθυνση προς την επιφάνεια του δείγματος, όπου μπορούν να διαχωριστούν μεμονωμένα άτομα.
(2) Μια τρισδιάστατη εικόνα της επιφάνειας σε πραγματικό χώρο μπορεί να ληφθεί σε πραγματικό χρόνο, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη περιοδικών ή μη επιφανειακών δομών και αυτή η παρατηρήσιμη απόδοση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη δυναμικών διεργασιών όπως η επιφανειακή διάχυση.
(3) Είναι δυνατό να παρατηρηθεί η τοπική επιφανειακή δομή ενός μεμονωμένου ατομικού στρώματος αντί της μεμονωμένης εικόνας ή της μέσης φύσης ολόκληρης της επιφάνειας, και έτσι είναι δυνατή η άμεση παρατήρηση επιφανειακών ελαττωμάτων, επιφανειακής ανακατασκευής, μορφολογίας και θέσης επιφανειακά προσροφητικά και αναδόμηση επιφάνειας που προκαλείται από προσροφητικά.
(4) Μπορεί να λειτουργήσει σε διαφορετικά περιβάλλοντα, όπως κενό, ατμόσφαιρα, θερμοκρασία δωματίου κ.λπ., και μπορεί ακόμη και να βυθίσει το δείγμα σε νερό και άλλα διαλύματα, τα οποία δεν απαιτούν ειδικές τεχνικές δειγματοληψίας και δεν καταστρέφουν το δείγμα κατά την ανίχνευση επεξεργάζομαι, διαδικασία. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τη μελέτη βιολογικών δειγμάτων και την αξιολόγηση της επιφάνειας του δείγματος κάτω από διαφορετικές πειραματικές συνθήκες, όπως για τον πολυφασικό καταλυτικό μηχανισμό, τον μηχανισμό υπεραγωγιμότητας και την παρακολούθηση των αλλαγών στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου κατά τις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις.
(5) Σε συνδυασμό με τη φασματοσκοπία σάρωσης σήραγγας (STS), μπορούν να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με την ηλεκτρονική δομή της επιφάνειας, όπως η πυκνότητα των καταστάσεων σε διαφορετικά επίπεδα της επιφάνειας, οι επιφανειακές παγίδες ηλεκτρονίων, η διακύμανση των φραγμών επιφανειακού δυναμικού και τη δομή του ενεργειακού χάσματος.
