Taramalı prob mikroskobunun benzersiz avantajları
Tarih 1980'lere geldiğinde, fiziğe dayanan ve birçok modern teknolojiyle entegre olan yeni bir yüzey analiz aletli taramalı prob mikroskobu (STM) doğdu. STM yalnızca yüksek uzaysal çözünürlüğe sahip olmakla kalmaz (yatay yönde O.1 nm'ye kadar, dikey yönde O.01 nm'den daha iyi), maddenin yüzeyindeki atomik yapıyı doğrudan gözlemleyebilir, aynı zamanda atomları ve molekülleri manipüle edebilir, böylece İnsanın öznel iradesini doğaya dayatmak. 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 dayanır ve aralarındaki etkileşim, incelenen maddenin yüzeyinin üzerinde atomik doğrusallığa sahip ultra ince probun taranarak yüzey elde edilmesiyle tespit edilir. incelenen maddenin özellikleri. Farklı SPM türleri arasındaki temel fark, iğne ucu özelliklerinde ve iğne ucu örneklerinin karşılık gelen etkileşim modlarında yatmaktadır.
Çalışma prensibi kuantum mekaniğindeki tünelleme prensibinden gelir. Çekirdeği, numunenin yüzeyini tarayabilen, numuneyle belirli bir ön gerilime sahip olan ve çapı atom ölçeğinde olan bir iğne ucudur. Elektron tünelleme olasılığı bariyerin genişliği V(r) ile negatif bir üstel ilişkiye sahip olduğundan, iğne ucu ile numune arasındaki mesafe çok yakın olduğunda aralarındaki bariyer çok ince hale gelir ve elektron bulutları her biri ile örtüşür. diğer. İğne ucu ile numune arasına bir voltaj uygulandığında, elektronlar tünelleme etkisi yoluyla iğne ucundan numuneye veya numuneden iğne ucuna aktarılarak bir tünel akımı oluşturulabilir. İğne ucu ile numune arasındaki tünel akımının değişimi kaydedilerek numune yüzey morfolojisi bilgisi elde edilebilir.
Diğer yüzey analizi teknolojileriyle karşılaştırıldığında SPM'nin benzersiz avantajları vardır:
(1) Atomik seviyede yüksek çözünürlüğe sahiptir. STM'nin numune yüzeyine paralel ve dik yöndeki çözünürlüğü sırasıyla 0.1nm ve 0.01nm'ye ulaşabilir, böylece tek bir atom ayırt edilebilir.
(2) Yüzeyin gerçek uzaydaki üç boyutlu görüntüsü gerçek zamanlı olarak elde edilebilir, bu görüntü periyodik olarak veya periyodik olmayan yüzey yapısını incelemek için kullanılabilir ve bu gözlemlenebilirlik, yüzey difüzyonu gibi dinamik süreçleri incelemek için kullanılabilir. .
(3) Tek bir görüntünün veya tüm yüzeyin ortalama özellikleri yerine tek bir atomik katmanın yerel yüzey yapısı gözlemlenebilir, dolayısıyla yüzey kusurları, yüzey yeniden yapılanması, yüzey adsorbanlarının şekli ve konumu ve adsorbanların neden olduğu yüzey yeniden yapılandırması doğrudan gözlemlenebilir.
(4) Vakum, atmosfer, normal sıcaklık vb. gibi farklı ortamlarda çalışabilir ve numune bile özel numune hazırlama teknolojisi olmadan suya ve diğer çözeltilere daldırılabilir ve tespit işlemi numuneye zarar vermez . Bu özellikler özellikle biyolojik numunelerin incelenmesi ve numunelerin yüzeyinin heterojen katalitik mekanizma, süper iletken mekanizma, elektrokimyasal reaksiyon sırasında elektrot yüzeyindeki değişikliklerin izlenmesi gibi farklı deneysel koşullar altında değerlendirilmesi için uygundur.
(5) Taramalı tünelleme spektroskopisi (STS) ile yüzeyin farklı seviyelerindeki durumların yoğunluğu, yüzey elektron tuzağı, yüzey bariyerinin değişimi ve enerji aralığı yapısı gibi yüzey elektronik yapısı hakkında bilgiler elde edilebilir. .
