Taramalı prob mikroskobunun benzersiz avantajları
Taramalı prob mikroskobunun çalışma prensibi, mikro veya mezoskopik aralıktaki çeşitli fiziksel özelliklere dayanmaktadır. İkisi arasındaki etkileşim, incelenen maddenin yüzey özelliklerini elde etmek için incelenen maddenin yüzeyinin son derece ince bir atomik probla taranmasıyla tespit edilir. Farklı SPM türleri arasındaki temel fark, iğne ucu özellikleri ve karşılık gelen iğne ucu numune etkileşim yöntemleridir.
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 ile potansiyel bariyerin genişliği V(r) arasındaki negatif üstel ilişki nedeniyle, uç ile numune arasındaki mesafe çok yakın olduğunda potansiyel bariyer çok ince hale gelir ve elektron bulutları üst üste biner. birbirine göre. 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. Bu nedenle yüzey kusurları, yüzeyin yeniden yapılandırılması, yüzey adsorbanlarının morfolojisi ve konumu ve adsorbanların neden olduğu yüzeyin yeniden yapılandırılması 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 biyolojik örneklerin incelenmesi ve çok fazlı katalitik mekanizmanın, süper iletken mekanizmanın ve elektrokimyasal reaksiyonlar sırasında elektrot yüzeyi değişikliklerinin izlenmesi gibi farklı deneysel koşullar altında numunelerin yüzeyinin değerlendirilmesi için özellikle uygundur.
(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.
