مزایای منحصر به فرد میکروسکوپ پروب روبشی

مزایای منحصر به فرد میکروسکوپ پروب روبشی

پیشگفتار:
هنگامی که تاریخ در دهه 1980 توسعه یافت، نوع جدیدی از ابزار تجزیه و تحلیل سطح مبتنی بر فیزیک و ادغام انواع فن آوری های مدرن متولد شد، میکروسکوپ کاوشگر روبشی (STM). STM نه تنها وضوح فضایی بالایی دارد (تا O.1). نانومتر در جهت عرضی و بهتر از O.01 نانومتر در جهت طولی)، که قادر به مشاهده مستقیم آن است نه تنها وضوح فضایی بالایی دارد (O.1 نانومتر در افقی و O.01 نانومتر در عمودی)، می تواند مستقیماً ساختار اتمی را روی سطح ماده مشاهده کند، اما همچنین می تواند اتم ها و مولکول ها را دستکاری کند، بنابراین اراده ذهنی انسان ها را بر طبیعت اعمال می کند. می توان گفت که میکروسکوپ کاوشگر روبشی امتداد چشم و دست انسان و تبلور خرد انسان است.

اصل کار میکروسکوپ کاوشگر روبشی بر اساس ویژگی های فیزیکی مختلف در محدوده میکروسکوپی یا مزوسکوپی است و برهمکنش بین آنها با استفاده از یک کاوشگر بسیار ظریف اسکن خطی اتمی در بالای سطح ماده مورد مطالعه تشخیص داده می شود. به دست آوردن خواص سطحی ماده مورد مطالعه، تفاوت اصلی بین انواع مختلف SPM ها در تفاوت در ویژگی های سوزن آنها و روش های مربوط به تعامل آنها با نمونه های سوزن نهفته است.

اصل عملکرد از اصل تونل زنی در مکانیک کوانتومی به دست می آید. در هسته آن نوکی وجود دارد که می تواند سطح نمونه را با ولتاژ بایاس مشخصی بین آن و نمونه اسکن کند و قطر آن در مقیاس اتمی است. از آنجایی که شانس تونل زنی الکترون یک رابطه نمایی منفی با عرض سد پتانسیل V(r) نشان می دهد، زمانی که فاصله بین نوک سوزن و نمونه بسیار نزدیک باشد، سد پتانسیل بین آنها بسیار نازک می شود و ابرهای الکترونی روی یکدیگر همپوشانی دارند و با اعمال ولتاژ بین نوک سوزن و نمونه، می توان الکترون ها را از نوک سوزن به نمونه یا از نمونه به نوک سوزن از طریق اثر تونل زنی منتقل کرد و یک تونل تشکیل داد. جاری. با ثبت تغییرات جریان تونل زنی بین نوک و نمونه می توان اطلاعاتی در مورد مورفولوژی سطح نمونه به دست آورد.

SPM مزایای منحصر به فردی نسبت به سایر تکنیک های آنالیز سطح دارد:
(1) وضوح بالا در سطح اتمی، با وضوح 0.1 نانومتر در موازی و 0}.01 نانومتر در جهت عمود بر سطح نمونه، جایی که اتم‌های منفرد را می‌توان تفکیک کرد.

(2) یک تصویر سه بعدی از سطح در فضای واقعی را می توان در زمان واقعی به دست آورد، که می تواند برای مطالعه ساختارهای سطحی دوره ای یا غیر تناوبی استفاده شود، و این عملکرد قابل مشاهده می تواند برای مطالعه فرآیندهای دینامیکی استفاده شود. مانند انتشار سطحی.

(3) می توان ساختار سطح محلی یک لایه اتمی را به جای تصویر منفرد یا ماهیت متوسط ​​کل سطح مشاهده کرد، و بنابراین می توان مستقیماً عیوب سطح، بازسازی سطح، مورفولوژی و مکان را مشاهده کرد. جذب سطحی و بازسازی سطحی ناشی از جذب سطحی.

(4) می تواند در محیط های مختلف مانند خلاء، اتمسفر، دمای اتاق و غیره کار کند و حتی می تواند نمونه را در آب و محلول های دیگر غوطه ور کند که به تکنیک های نمونه برداری خاصی نیاز ندارد و به نمونه در طول تشخیص آسیب نمی رساند. روند. این ویژگی‌ها به‌ویژه برای مطالعه نمونه‌های بیولوژیکی و ارزیابی سطح نمونه در شرایط آزمایشی مختلف، مانند مکانیسم کاتالیزوری چند فازی، مکانیسم ابررسانایی، و نظارت بر تغییرات سطح الکترود در طول واکنش‌های الکتروشیمیایی مناسب هستند.

(5) در ترکیب با طیف‌سنجی تونل روبشی (STS)، اطلاعاتی در مورد ساختار الکترونیکی سطح می‌توان به دست آورد، مانند چگالی حالت‌ها در سطوح مختلف سطح، تله‌های الکترونی سطحی، تغییرات موانع پتانسیل سطح. و ساختار شکاف انرژی