Taramalı prob mikroskobunun özellikleri
Tarih 1980'lere kadar geliştiğinde, fiziğe dayalı ve çeşitli modern teknolojileri entegre eden yeni bir tür yüzey analiz cihazı olan Taramalı prob mikroskobu (STM) doğdu. STM yalnızca yüksek uzamsal çözünürlüğe sahip olmakla kalmıyor (yatay olarak O.1 nm'ye kadar ve dikey olarak O.01 nm'den daha iyi), malzeme yüzeylerinin atomik yapısını doğrudan gözlemleyebiliyor, aynı zamanda atomları ve molekülleri manipüle ederek insanın öznel iradesini doğaya dayatıyor. Taramalı prob mikroskobunun insan gözünün ve elinin uzantısı, insan bilgeliğinin kristalleşmesi olduğu söylenebilir.
Taramalı prob mikroskobunun çalışma prensibi, mikroskobik veya mezoskopik aralıktaki çeşitli fiziksel özelliklere dayanmaktadır. İkisi arasındaki etkileşim, incelenen malzemenin yüzey özelliklerini elde etmek için incelenen malzemenin yüzeyi üzerindeki atomik doğrusal son derece ince probun taranmasıyla tespit edilir. Farklı SPM türleri arasındaki temel fark, uç özellikleri ve uç örneklerinin karşılık gelen etki Modudur.
Çalışma prensibi kuantum mekaniğindeki tünelleme prensibinden gelir. Çekirdeği, numunenin yüzeyini tarayabilen ve kendisi ile numune arasında atom ölçeği çapında belirli bir öngerilim voltajına sahip olan bir iğne ucudur. Elektron tünelleme olasılığı bariyerin genişliği V(r) ile negatif bir üstel ilişkiye sahip olduğundan, uç ile numune arasındaki mesafe çok yakın olduğunda aralarındaki bariyer çok ince hale gelir ve Elektron bulutu her biriyle örtüşür. diğer. Uç ile numune arasına bir voltaj uygulandığında, elektronlar tünelleme etkisi yoluyla uçtan numuneye veya numuneden uca aktarılarak bir tünel akımı oluşturulabilir. İğne ucu ile numune arasındaki tünel akımındaki değişikliklerin kaydedilmesiyle numunenin yüzey morfolojisi hakkında bilgi elde edilebilir.
Diğer yüzey analiz teknikleriyle karşılaştırıldığında SPM'nin benzersiz avantajları vardır:
(1) Atomik düzeyde yüksek çözünürlüğe sahiptir. STM'nin numune yüzeyine paralel ve dik yönde çözünürlüğü, tek tek atomları ayırt edebilen sırasıyla 0.1nm ve 0.01nm'ye ulaşabilir.
(2) Gerçek uzaydaki yüzeylerin gerçek zamanlı 3 boyutlu görüntüleri elde edilebilir; bu görüntüler, yüzey yapılarını periyodik olarak veya periyodik olarak incelemek için kullanılabilir. Bu gözlemlenebilir performans, yüzey difüzyonu gibi dinamik süreçleri incelemek için kullanılabilir.
(3) Bireysel görüntünün veya tüm yüzeyin ortalama özelliklerinden ziyade, tek bir atomik katmanın yerel yüzey yapısı gözlemlenebilir, böylece yüzey kusurları, Yüzey yeniden yapılandırması, yüzey adsorbanlarının şekli ve konumu ve Yüzey Adsorbanların neden olduğu yeniden yapılanma doğrudan gözlemlenebilir.
(4) Vakum, atmosfer ve oda sıcaklığı gibi farklı ortamlarda çalışabilir, hatta özel numune hazırlama tekniklerine ihtiyaç duymadan numuneyi suya ve diğer çözeltilere batırabilir ve tespit işlemi numuneye zarar vermez. Bu özellikler özellikle biyolojik numunelerin incelenmesi ve Heterojen kataliz mekanizmasının, süper iletken mekanizmanın ve elektrokimyasal reaksiyon sırasında elektrot yüzeyi değişikliklerinin izlenmesi gibi farklı deneysel koşullar altında numune yüzeylerinin değerlendirilmesi için geçerlidir.
(5) Taramalı Tünel Spektroskopisi (STS) ile işbirliği yapılarak, yüzeyin farklı seviyelerindeki durumların yoğunluğu, yüzey elektron kuyuları, yüzey potansiyel bariyerlerindeki değişiklikler ve enerji boşluğu yapıları gibi yüzey elektronik yapıları hakkında bilgi elde edilebilir.
