Taramalı prob mikroskobunun benzersiz faydaları
Önsöz:
Tarih 1980'lere geldiğinde, fiziğe dayalı ve çeşitli modern teknolojileri entegre eden yeni bir tür yüzey analiz cihazı doğdu: Taramalı prob mikroskobu (STM). STM yalnızca yüksek uzaysal çözünürlüğe (O.1'e kadar) sahip olmakla kalmıyor. Enine yönde nm ve uzunlamasına yönde O.01 nm'den daha iyi), doğrudan gözlemleyebilen sadece yüksek bir uzaysal çözünürlüğe sahip olmakla kalmaz (yatayda O.1 nm ve dikeyde O.01 nm), maddenin yüzeyindeki atomik yapıyı doğrudan gözlemleyebildiği gibi, aynı zamanda atomları ve molekülleri de manipüle ederek insanın öznel iradesini doğa üzerinde uygulayabilir. 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 bunlar arasındaki etkileşim, incelenen maddenin yüzeyi üzerinde çok ince bir atomik doğrusallık taraması yapılarak tespit edilir. İncelenen maddenin yüzey özelliklerini elde etmek için, farklı SPM türleri arasındaki temel fark, iğnelerinin özelliklerindeki farklılıklarda ve bunların iğne örnekleriyle etkileşime girme yollarında yatmaktadır.
Çalışma prensibi kuantum mekaniğindeki tünelleme prensibinden türetilmiştir. Çekirdeğinde, kendisi ile numune arasında belirli bir ön gerilim gerilimi ile numune yüzeyini tarayabilen ve çapı atom ölçeğinde olan bir uç bulunur. Elektron tünelleme şansı, V(r) potansiyel bariyerinin genişliği ile negatif bir üstel ilişki gösterdiğinden, iğnenin ucu ile numune arasındaki mesafe çok yakın olduğunda, aralarındaki potansiyel bariyer çok ince hale gelir ve Elektron bulutları üst üste gelir ve iğnenin ucu ile numune arasına bir voltaj uygulanarak, elektronlar bir tünel oluşturacak şekilde tünelleme etkisi yoluyla uçtan numuneye veya numuneden iğnenin ucuna aktarılabilir. akım. Uç ile numune arasındaki tünelleme akımındaki değişikliklerin kaydedilmesiyle numunenin yüzey morfolojisi hakkında bilgi elde edilebilir.
SPM'nin diğer yüzey analiz tekniklerine göre benzersiz avantajları vardır:
(1) Bireysel atomların çözülebildiği numune yüzeyine paralel olarak 0,1 nm ve dik yönde 0,01 nm çözünürlüklerle atom düzeyinde yüksek çözünürlük.
(2) Periyodik veya periyodik olmayan yüzey yapılarının incelenmesi için kullanılabilen, gerçek uzayda yüzeyin üç boyutlu bir görüntüsü gerçek zamanlı olarak elde edilebilir ve bu gözlemlenebilir performans, dinamik süreçlerin incelenmesi için kullanılabilir. yüzey difüzyonu gibi.
(3) Bireysel görüntü veya tüm yüzeyin ortalama doğasından ziyade tek bir atomik katmanın lokal yüzey yapısını gözlemlemek mümkündür ve bu sayede yüzey kusurlarını, yüzey rekonstrüksiyonunu, morfolojisini ve konumunu doğrudan gözlemlemek mümkündür. yüzey adsorbatları ve adsorbatların neden olduğu yüzeyin yeniden yapılandırılması.
(4) Vakum, atmosfer, oda sıcaklığı vb. gibi farklı ortamlarda çalışabilir ve hatta numuneyi özel numune alma teknikleri gerektirmeyen ve tespit sırasında numuneye zarar vermeyen suya ve diğer çözeltilere batırabilir. işlem. Bu özellikler, biyolojik numunelerin incelenmesi ve numune yüzeyinin, çok fazlı katalitik mekanizma, süperiletkenlik mekanizması ve elektrokimyasal reaksiyonlar sırasında elektrot yüzeyi değişikliklerinin izlenmesi gibi farklı deneysel koşullar altında değerlendirilmesi için özellikle uygundur.
(5) Taramalı tünelleme spektroskopisi (STS) ile kombinasyon halinde, yüzeyin farklı seviyelerindeki durumların yoğunluğu, yüzey elektron tuzakları, yüzey potansiyel bariyerlerinin değişimi gibi yüzeyin elektronik yapısı hakkında bilgiler elde edilebilir. ve enerji boşluğu yapısı.
