Scanning probe mikroskopi sine unike fordeler
Scanning Probe Microscopy (SPM) fungerer etter prinsippet om å oppdage interaksjonen mellom ulike fysiske egenskaper i det mikroskopiske eller mesoskopiske området basert på skanning av en veldig fin sonde av atomær linearitet over overflaten av stoffet som studeres, for å oppnå overflateegenskaper til stoffet som studeres. Hovedforskjellen mellom ulike typer SPM ligger i egenskapene til spissene og deres tilsvarende interaksjonsmoduser mellom tips og prøve.
Operasjonsprinsippet er avledet fra tunnelerings-gjennom-prinsippet i kvantemekanikk. I kjernen er en spiss som kan skanne over prøveoverflaten med en viss forspenning mellom den og prøven, og hvis diameter er på atomskala. Siden sjansen for elektrontunnelering viser en negativ eksponentiell sammenheng med bredden av potensialbarrieren V(r), når avstanden mellom spissen av nålen og prøven er veldig nær, blir potensialbarrieren mellom dem veldig tynn, og elektronskyer overlapper hverandre, og ved å påføre en spenning mellom spissen av nålen og prøven, kan elektronene overføres fra spissen til prøven eller fra prøven til spissen av nålen gjennom tunneleffekten for å danne en tunnelering nåværende. Ved å registrere endringene i tunnelstrømmen mellom spissen og prøven, kan informasjon om overflatemorfologien til prøven fås.
SPM har unike fordeler i forhold til andre overflateanalyseteknikker:
(1) Høy oppløsning på atomnivå, med oppløsninger på 0.1 nm i parallellen og 0.01 nm i vinkelrett retning på prøveoverflaten, der individuelle atomer kan oppløses.
(2) Et tredimensjonalt bilde av overflaten i virkelig rom kan oppnås i sanntid, som kan brukes til studiet av periodiske eller ikke-periodiske overflatestrukturer, og denne observerbare ytelsen kan brukes til studiet av dynamiske prosesser som overflatediffusjon.
(3) Det er mulig å observere den lokale overflatestrukturen til et enkelt atomlag i stedet for det individuelle bildet eller den gjennomsnittlige naturen til hele overflaten, og dermed er det mulig å direkte observere overflatedefekter, overflaterekonstruksjon, morfologien og plasseringen av overflateadsorbater, og overflaterekonstruksjon forårsaket av adsorbater.
(4) Den kan fungere i forskjellige miljøer, for eksempel vakuum, atmosfære, romtemperatur, etc., og kan til og med senke prøven i vann og andre løsninger, som ikke krever spesielle prøvetakingsteknikker og ikke skader prøven under påvisningen prosess. Disse funksjonene er spesielt egnet for studiet av biologiske prøver og evaluering av prøveoverflaten under forskjellige eksperimentelle forhold, for eksempel for flerfase-katalytisk mekanisme, superledningsmekanisme og overvåking av elektrodeoverflateendringer under elektrokjemiske reaksjoner.
(5) I kombinasjon med scanning tunneling spectroscopy (STS) kan informasjon om den elektroniske strukturen til overflaten oppnås, slik som tettheten av tilstander på forskjellige nivåer av overflaten, overflateelektronfellene, variasjonen av overflatepotensialbarrierene og energigapets struktur.
