مزایای منحصر به فرد میکروسکوپ پروب روبشی
هنگامی که تاریخ تا دهه 1980 گسترش یافت، یک میکروسکوپ کاوشگر روبشی ابزار آنالیز سطح جدید (STM) متولد شد که بر اساس فیزیک و با بسیاری از فناوریهای مدرن ادغام شده بود. STM نه تنها وضوح فضایی بالایی دارد (تا O.1nm در جهت افقی، اما بهتر از O.01nm در جهت عمودی)، می تواند به طور مستقیم ساختار اتمی را روی سطح ماده مشاهده کند، بلکه اتم ها و مولکول ها را نیز دستکاری می کند، بنابراین تحمیل اراده ذهنی انسان بر طبیعت می توان گفت که میکروسکوپ کاوشگر روبشی امتداد چشم و دست انسان و تبلور خرد انسان است.
اصل کار میکروسکوپ کاوشگر روبشی بر اساس خواص فیزیکی مختلف در محدوده میکروسکوپی یا مزوسکوپی است و برهمکنش بین آنها با اسکن کاوشگر فوق ریز با خطی اتمی در بالای سطح ماده مورد مطالعه تشخیص داده می شود تا سطح مورد نظر بدست آید. ویژگی های ماده مورد مطالعه تفاوت اصلی بین انواع مختلف SPM در ویژگی های نوک سوزن آنها و حالت های تعامل مربوطه نمونه های نوک سوزن نهفته است.
اصل کار از اصل تونل زنی در مکانیک کوانتومی ناشی می شود. هسته آن یک نوک سوزنی است که می تواند روی سطح نمونه اسکن کند، ولتاژ بایاس مشخصی با نمونه دارد و قطر آن مقیاس اتمی است. از آنجایی که احتمال تونل زنی الکترون با عرض سد V(r) رابطه نمایی منفی دارد، هنگامی که فاصله بین نوک سوزن و نمونه بسیار نزدیک باشد، مانع بین آنها بسیار نازک می شود و ابرهای الکترونی روی هر کدام همپوشانی دارند. دیگر. هنگامی که ولتاژی بین نوک سوزن و نمونه اعمال می شود، الکترون ها می توانند از طریق اثر تونل زنی از نوک سوزن به نمونه یا از نمونه به نوک سوزن منتقل شوند و جریان تونل زنی را تشکیل دهند. با ثبت تغییر جریان تونل بین نوک سوزن و نمونه می توان اطلاعات مورفولوژی سطح نمونه را به دست آورد.
SPM در مقایسه با سایر فناوری های تجزیه و تحلیل سطح دارای مزایای منحصر به فردی است:
(1) وضوح بالایی در سطح اتمی دارد. وضوح STM در جهت موازی و عمود بر سطح نمونه می تواند به ترتیب به 0.1nm و 0.01nm برسد، به طوری که می توان یک اتم را تشخیص داد.
(2) تصویر سه بعدی از سطح در فضای واقعی را می توان در زمان واقعی به دست آورد، که می تواند برای مطالعه ساختار سطح با تناوب یا بدون تناوب مورد استفاده قرار گیرد و از این قابلیت مشاهده می توان برای مطالعه فرآیندهای دینامیکی مانند انتشار سطح استفاده کرد. .
(3) ساختار سطح محلی یک لایه اتمی منفرد را می توان به جای خواص متوسط یک تصویر منفرد یا کل سطح مشاهده کرد، بنابراین عیوب سطح، بازسازی سطح، شکل و موقعیت جاذب های سطحی، و بازسازی سطح ناشی از جاذب ها می توان مستقیما مشاهده کرد.
(4) می تواند در محیط های مختلف مانند خلاء، اتمسفر، دمای معمولی و غیره کار کند و حتی نمونه را می توان در آب و محلول های دیگر غوطه ور کرد، بدون فناوری آماده سازی نمونه خاص، و فرآیند تشخیص هیچ آسیبی به نمونه ندارد. . این ویژگیها بهویژه برای مطالعه نمونههای بیولوژیکی و ارزیابی سطح نمونهها در شرایط آزمایشی مختلف مانند مکانیسم کاتالیزوری ناهمگن، مکانیسم ابررسانا، نظارت بر تغییرات سطح الکترود در طی واکنش الکتروشیمیایی و غیره مناسب هستند.
(5) با طیف سنجی تونل زنی روبشی (STS)، اطلاعاتی در مورد ساختار الکترونیکی سطح می توان به دست آورد، مانند چگالی حالت ها در سطوح مختلف سطح، تله الکترونی سطحی، تغییر مانع سطح و ساختار شکاف انرژی. .
