Taramalı Prob Mikroskobunun Özel Faydaları
Taramalı Prob Mikroskopunun Benzersiz Avantajları Önsöz:
Tarih 1980'lere kadar geliştiğinde, fiziğe dayalı ve çeşitli modern teknolojileri entegre eden yeni bir tür yüzey analiz cihazı - taramalı prob mikroskobu (STM) doğdu. STM yalnızca çok yüksek bir uzaysal çözünürlüğe sahip olmakla kalmaz (yatay yönde O.1 nm'ye kadar, dikey yönde O.01 nm'den daha iyi), malzeme yüzeyinin atomik yapısını doğrudan gözlemleyebilir ve aynı zamanda atomları manipüle edebilir ve Böylece insanın öznel iradesi doğaya empoze edilir. 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 incelenecek maddenin yüzeyini atomik olarak ince bir probla tararken ikisi arasındaki etkileşimi tespit eder. Maddenin yüzey özelliklerini incelerken, farklı SPM türleri arasındaki temel fark, bunların uç özellikleri ve ucun numuneyle etkileşime girme yollarıdır.
Çalışma prensibi kuantum mekaniğindeki tünelleme prensibinden gelir. Çekirdeği, numunenin yüzeyini tarayabilen, numuneyle belirli bir öngerilim voltajına sahip olan ve atomik ölçekte bir çapa sahip olan bir iğne ucudur. Elektron tünelleme olasılığı, V(r) potansiyel bariyerinin genişliği ile negatif bir üstel ilişkiye sahip olduğundan, uç ile numune arasındaki mesafe çok yakın olduğunda, aralarındaki potansiyel bariyer çok ince hale gelir ve elektron bulutları üst üste gelir. birbirine göre. Bir voltaj uygulandığında, elektronlar tünel etkisi yoluyla uçtan numuneye veya numuneden uca aktarılarak bir tünel akımı oluşturulabilir. İğne ucu ile numune arasındaki tünel akımının değişimi kaydedilerek numunenin yüzey topoğrafyası bilgisi 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 sırasıyla 0.1nm ve 0.01nm'ye ulaşabilir ve tek atomlar çözülebilir.
(2) Yüzeyin gerçek uzaydaki üç boyutlu görüntüsü, periyodik veya periyodik olmayan yüzey yapısının incelenmesi için kullanılabilen gerçek zamanlı olarak elde edilebilir. Bu gözlemlenebilir performans, yüzey difüzyonu gibi dinamik süreçlerin incelenmesi için kullanılabilir.
(3) Bireysel görüntü veya tüm yüzeyin ortalama özellikleri yerine tek bir atomik katmanın yerel yüzey yapısını gözlemlemek mümkündür; böylece yüzey kusurları, yüzey yeniden yapılanması, yüzey adsorbanlarının morfolojisi ve konumu ve Adsorbanların neden olduğu değişiklikler doğrudan gözlemlenebilir. Yüzeyin yeniden yapılandırılması vb.
(4) Vakum, atmosfer ve normal sıcaklık gibi farklı ortamlarda çalışabilir ve hatta numuneyi özel numune hazırlama teknolojisi olmadan suya ve diğer çözeltilere batırabilir ve tespit işlemi numuneye zarar vermez. Bu özellikler özellikle biyolojik numunelerin incelenmesi ve heterojen katalitik mekanizmaların, süper iletken mekanizmaların ve elektrokimyasal reaksiyonlar sırasında elektrot yüzeyi değişikliklerinin izlenmesi gibi farklı deneysel koşullar altında numune yüzeylerinin değerlendirilmesi için uygundur.
(5) STS (Taramalı Tünel Spektroskopisi) ile işbirliği yapılarak, yüzeyin farklı seviyelerindeki durumların yoğunluğu, yüzey elektron kuyuları, yüzey potansiyel bariyerlerindeki değişiklikler ve enerji boşluğu yapıları gibi yüzey elektronik yapısı hakkında bilgiler elde edilebilir.
