De unike fordelene med skanningsprobemikroskop
Da historien utviklet seg til 1980-tallet, ble et nytt overflateanalyseinstrument-skannende probemikroskop (STM) født, som var basert på fysikk og integrert med mange moderne teknologier. STM har ikke bare en høy romlig oppløsning (opptil O.1nm i horisontal retning, men bedre enn O.01nm i vertikal retning), den kan direkte observere atomstrukturen på overflaten av materie, men også manipulere atomer og molekyler, dermed å påtvinge naturen menneskelig subjektiv vilje. Det kan sies at skanningsprobemikroskopet er forlengelsen av menneskelige øyne og hender og krystalliseringen av menneskelig visdom.
Arbeidsprinsippet for skanningsprobemikroskop er basert på forskjellige fysiske egenskaper i mikroskopisk eller mesoskopisk område, og interaksjonen mellom dem oppdages ved å skanne den ultrafine sonden med atomær linearitet over overflaten av det studerte stoffet, for å oppnå overflaten egenskapene til det studerte stoffet. Hovedforskjellen mellom ulike typer SPM ligger i deres nålespissegenskaper og de tilsvarende interaksjonsmåtene til nålespissprøver.
Arbeidsprinsippet kommer fra tunnelprinsippet i kvantemekanikk. Kjernen er en nålespiss som kan skanne på overflaten av prøven, har en viss forspenning med prøven, og diameteren er atomær skala. Fordi sannsynligheten for elektrontunnelering har et negativt eksponentielt forhold til bredden på barrieren V(r), når avstanden mellom nålespissen og prøven er veldig nær, blir barrieren mellom dem veldig tynn, og elektronskyene overlapper hver annen. Når en spenning påføres mellom nålespissen og prøven, kan elektroner overføres fra nålespissen til prøven eller fra prøven til nålespissen gjennom tunneleffekten, og danner en tunnelstrøm. Ved å registrere endringen i tunnelstrømmen mellom nålespissen og prøven, kan informasjonen om prøveoverflatemorfologi fås.
Sammenlignet med andre overflateanalyseteknologier har SPM unike fordeler:
(1) Den har høy oppløsning på atomnivå. Oppløsningen til STM i retningen parallelt med og vinkelrett på prøveoverflaten kan nå henholdsvis 0.1nm og 0.01nm, slik at et enkelt atom kan skilles fra hverandre.
(2) Det tredimensjonale bildet av overflaten i virkelig rom kan oppnås i sanntid, som kan brukes til å studere overflatestrukturen med eller uten periodisitet, og denne observerbarheten kan brukes til å studere de dynamiske prosessene som overflatediffusjon .
(3) Den lokale overflatestrukturen til et enkelt atomlag kan observeres i stedet for de gjennomsnittlige egenskapene til et individuelt bilde eller hele overflaten, så overflatedefekter, overflaterekonstruksjon, formen og posisjonen til overflateadsorbenter og overflaterekonstruksjon forårsaket av adsorbenter kan observeres direkte.
(4) Den kan fungere i forskjellige miljøer som vakuum, atmosfære, normal temperatur, etc., og til og med prøven kan senkes i vann og andre løsninger, uten spesiell prøveforberedelsesteknologi, og deteksjonsprosessen har ingen skade på prøven . Disse egenskapene er spesielt egnet for å studere biologiske prøver og evaluere overflaten av prøver under forskjellige eksperimentelle forhold, for eksempel heterogen katalytisk mekanisme, superledende mekanisme, overvåking av endringene i elektrodeoverflaten under elektrokjemisk reaksjon og så videre.
(5) Med scanning tunneling spectroscopy (STS) kan informasjon om overflatens elektroniske struktur oppnås, slik som tettheten av tilstander på forskjellige nivåer av overflaten, overflateelektronfellen, endringen av overflatebarrieren og energigapstrukturen .
