De unike fordelene med skanningsprobemikroskopi
Arbeidsprinsippet til et skanningsprobemikroskop er basert på ulike fysiske egenskaper i det mikro- eller mesoskopiske området. Samspillet mellom de to oppdages ved å skanne overflaten til det studerte stoffet med en ekstremt fin atomsonde, for å oppnå overflatekarakteristikkene til det studerte stoffet. Hovedforskjellen mellom ulike typer SPM-er er nålespissens egenskaper og de tilsvarende metodene for interaksjon med nålespissen.
Arbeidsprinsippet kommer fra tunnelprinsippet i kvantemekanikk. Kjernen er en nålespiss som kan skanne på overflaten av prøven og har en viss forspenning mellom den og prøven, med en diameter på atomskala. På grunn av den negative eksponentielle sammenhengen mellom sannsynligheten for elektrontunnelering og bredden på potensialbarrieren V(r), når avstanden mellom spissen og prøven er veldig nær, blir potensialbarrieren veldig tynn, og elektronskyene overlapper med hverandre. Ved å påføre en spenning mellom spissen og prøven, kan elektroner overføres fra spissen til prøven eller fra prøven til spissen gjennom tunneleffekten, og danner en tunnelstrøm. Ved å registrere endringene i tunnelstrøm mellom nålespissen og prøven, kan informasjon om overflatemorfologien til prøven fås.
Sammenlignet med andre overflateanalyseteknikker har SPM unike fordeler:
(1) Den har høy oppløsning på atomnivå. Oppløsningen til STM i retningen parallell og vinkelrett på prøveoverflaten kan nå henholdsvis 0.1nm og 0.01nm, noe som kan skille individuelle atomer.
(2) Sanntids 3D-bilder av overflater i virkelig rom kan oppnås, som kan brukes til å studere overflatestrukturer med eller uten periodisitet. Denne observerbare ytelsen kan brukes til å studere dynamiske prosesser som overflatediffusjon.
(3) Den lokale overflatestrukturen til et enkelt atomlag kan observeres, snarere enn gjennomsnittsegenskapene til det enkelte bildet eller hele overflaten. Derfor kan overflatedefekter, overflaterekonstruksjon, morfologien og posisjonen til overflateadsorbenter og overflaterekonstruksjon forårsaket av adsorbenter observeres direkte.
(4) Den kan fungere i forskjellige miljøer som vakuum, atmosfære og romtemperatur, og til og med dyppe prøven i vann og andre løsninger uten behov for spesielle prøveforberedelsesteknikker, og deteksjonsprosessen skader ikke prøven. Disse egenskapene er spesielt egnet for å studere biologiske prøver og evaluere overflaten av prøver under forskjellige eksperimentelle forhold, for eksempel overvåking av den flerfasede katalytiske mekanismen, superledende mekanisme og elektrodeoverflateendringer under elektrokjemiske reaksjoner.
(5) Ved å samarbeide med Scanning Tunneling Spectroscopy (STS) kan informasjon om overflateelektroniske strukturer oppnås, slik som tettheten av tilstander på forskjellige nivåer av overflaten, overflateelektronbrønner, endringer i overflatepotensialbarrierer og energigapstrukturer.
