Уникални предимства на сканиращата сондова микроскопия
Принципът на работа на микроскопа със сканираща сонда се основава на различни физически характеристики в микроскопския или мезоскопския диапазон и открива взаимодействието между двете при сканиране на повърхността на веществото, което ще се изследва от атомно тънка сонда, така че да се получи To изучавайки повърхностните свойства на материята, основната разлика между различните типове SPM е техните свойства на върха и съответния начин, по който върхът взаимодейства с пробата.
Принципът на работа идва от принципа на тунелиране в квантовата механика. Неговата сърцевина е връх на игла, който може да сканира по повърхността на пробата, има определено напрежение на отклонение с пробата и има диаметър на атомен мащаб. Тъй като вероятността за електронно тунелиране има отрицателна експоненциална връзка с ширината на потенциалната бариера V(r), когато разстоянието между върха и пробата е много близко, потенциалната бариера между тях става много тънка и електронните облаци се припокриват взаимно. Когато се приложи напрежение, електроните могат да бъдат прехвърлени от върха към пробата или от пробата към върха чрез тунелния ефект, образувайки тунелен ток. Чрез записване на промяната на тунелния ток между върха на иглата и пробата може да се получи информация за топографията на повърхността на пробата.
В сравнение с други техники за повърхностен анализ, SPM има уникални предимства:
(1) Има висока разделителна способност на атомно ниво. Разделителната способност на STM в посока, успоредна и перпендикулярна на повърхността на пробата, може да достигне съответно 0.1nm и 0.01nm и могат да бъдат разделени единични атоми.
(2) Триизмерното изображение на повърхността в реално пространство може да се получи в реално време, което може да се използва за изследване на периодична или непериодична повърхностна структура. Тази видима производителност може да се използва за изследване на динамични процеси като повърхностна дифузия.
(3) Възможно е да се наблюдава локалната повърхностна структура на единичен атомен слой, а не отделното изображение или средните свойства на цялата повърхност, така че повърхностните дефекти, повърхностната реконструкция, морфологията и позицията на повърхностните адсорбенти и промените, причинени от адсорбентите, могат да се наблюдават директно. Повърхностна реконструкция и др.
(4) Може да работи в различни среди като вакуум, атмосфера и нормална температура и дори да потопи пробата във вода и други разтвори, без специална технология за подготовка на пробата и процесът на откриване няма да повреди пробата. Тези характеристики са особено подходящи за изследване на биологични проби и оценка на повърхности на проби при различни експериментални условия, като наблюдение на хетерогенни каталитични механизми, свръхпроводящи механизми и промени на повърхността на електродите по време на електрохимични реакции.
(5) В сътрудничество със STS (сканираща тунелна спектроскопия) може да се получи информация за повърхностната електронна структура, като например плътността на състоянията на различни нива на повърхността, повърхностните електронни ямки, промените в повърхностните потенциални бариери и структурите на енергийните празнини.
