مزایای منحصر به فرد میکروسکوپ پروب اسکن

مزایای منحصر به فرد میکروسکوپ پروب اسکن

اصل کار میکروسکوپ کاوشگر روبشی بر اساس ویژگی های فیزیکی مختلف در محدوده میکروسکوپی یا مزوسکوپی است و تعامل بین این دو را هنگام اسکن سطح ماده مورد مطالعه توسط یک کاوشگر نازک اتمی تشخیص می دهد تا به با مطالعه خواص سطحی ماده، تفاوت اصلی بین انواع مختلف SPM ها، ویژگی های نوک آنها و نحوه تعامل نوک با نمونه 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 مقیاس اتمی دارد. از آنجایی که احتمال تونل زنی الکترون با عرض سد پتانسیل V(r) رابطه نمایی منفی دارد، هنگامی که فاصله بین نوک و نمونه بسیار نزدیک است، سد پتانسیل بین آنها بسیار نازک می شود و ابرهای الکترونی روی هم قرار می گیرند. یکدیگر. هنگامی که یک ولتاژ اعمال می شود، الکترون ها می توانند از طریق اثر تونل از نوک به نمونه یا از نمونه به نوک منتقل شوند و جریان تونلی را تشکیل دهند. با ثبت تغییر جریان تونل بین نوک سوزن و نمونه می توان اطلاعات توپوگرافی سطح نمونه را به دست آورد.

SPM در مقایسه با سایر تکنیک های تحلیل سطحی دارای مزایای منحصر به فردی است:

(1) دارای وضوح بالا در سطح اتمی است. وضوح STM در جهت موازی و عمود بر سطح نمونه می تواند به ترتیب به 0.1nm و 0.01nm برسد و تک اتم ها قابل تفکیک هستند.

(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 دوره ای یا غیر تناوبی استفاده شود. این عملکرد قابل مشاهده را می توان برای مطالعه فرآیندهای دینامیکی مانند انتشار سطحی استفاده کرد.

(3) می توان ساختار سطح محلی یک لایه اتمی را به جای تصویر منفرد یا خواص متوسط ​​کل سطح مشاهده کرد، به طوری که نقص سطح، بازسازی سطح، مورفولوژی و موقعیت جاذب های سطحی و تغییرات ناشی از جاذب ها به طور مستقیم قابل مشاهده است. بازسازی سطح و غیره

(4) می تواند در محیط های مختلف مانند خلاء، اتمسفر و دمای معمولی کار کند و حتی نمونه را در آب و محلول های دیگر غوطه ور کند، بدون فناوری آماده سازی نمونه خاص، و فرآیند تشخیص به نمونه آسیب نمی رساند. این ویژگی‌ها به ویژه برای مطالعه نمونه‌های بیولوژیکی و ارزیابی سطوح نمونه در شرایط آزمایشی مختلف، مانند نظارت بر مکانیسم‌های کاتالیزوری ناهمگن، مکانیسم‌های ابررسانا و تغییرات سطح الکترود در طی واکنش‌های الکتروشیمیایی مناسب هستند.

(5) با همکاری STS (Scanning Tunneling Spectroscopy)، اطلاعاتی در مورد ساختار الکترونیکی سطحی می توان به دست آورد، مانند چگالی حالت ها در سطوح مختلف سطح، چاه های الکترونی سطحی، تغییرات در موانع پتانسیل سطح، و ساختارهای شکاف انرژی.