مزایای منحصر به فرد میکروسکوپ های پروب روبشی

مزایای منحصر به فرد میکروسکوپ های پروب روبشی

اصل کار میکروسکوپ پروب روبشی بر اساس خواص فیزیکی مختلف در محدوده میکروسکوپی یا مزوسکوپی است. تعامل بین این دو با اسکن یک کاوشگر بسیار ظریف از خطوط اتمی در بالای سطح ماده مورد مطالعه تشخیص داده می شود تا نتایج برهمکنش بین این دو به دست آید. برای مطالعه خواص سطحی ماده، تفاوت اصلی بین انواع مختلف SPM، خواص نوک آنها و روش متناظر آنها برای برهمکنش نوک-نمونه است.

اصل کار از اصل نفوذ تونل در مکانیک کوانتومی ناشی می شود. هسته آن یک نوک است که می تواند روی سطح نمونه اسکن کند و دارای ولتاژ بایاس مشخصی بین آن و نمونه است. قطر آن در مقیاس اتمی است. 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 بسیار نازک می شود و ابرهای الکترونی روی یکدیگر همپوشانی دارند. هنگامی که یک ولتاژ اعمال می شود، الکترون ها می توانند از نوک به نمونه یا از نمونه به نوک از طریق اثر تونل منتقل شوند و جریان تونلی را تشکیل دهند. با ثبت تغییرات جریان تونل زنی بین نوک و نمونه می توان اطلاعاتی در مورد مورفولوژی سطح نمونه به دست آورد.

SPM در مقایسه با سایر فناوری های تجزیه و تحلیل سطح دارای مزایای منحصر به فردی است:
(1) دارای وضوح بالا در سطح اتمی است. وضوح STM در جهات 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 سازه های سطحی با یا بدون تناوب استفاده شود. این عملکرد قابل مشاهده را می توان برای مطالعه فرآیندهای دینامیکی مانند انتشار سطحی مورد استفاده قرار داد.

(3) ساختار سطح موضعی یک لایه اتمی منفرد را می توان به جای تصویر منفرد یا خواص متوسط ​​کل سطح مشاهده کرد. بنابراین می توان عیوب سطحی، بازسازی سطح، شکل و موقعیت اجسام جذب شده سطحی و اثرات ناشی از اجسام جذب شده را به طور مستقیم مشاهده کرد. بازسازی سطح و غیره

(4) می تواند در محیط های مختلف مانند خلاء، اتمسفر و دمای معمولی کار کند و حتی می تواند نمونه ها را در آب و محلول های دیگر غوطه ور کند. هیچ فناوری خاصی برای آماده سازی نمونه مورد نیاز نیست و فرآیند تشخیص به نمونه ها آسیب نمی رساند. این ویژگی‌ها به‌ویژه 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) در ارتباط با طیف‌سنجی تونل زنی روبشی (STS)، اطلاعاتی در مورد ساختار الکترونیکی سطح می‌توان به دست آورد، مانند چگالی حالت‌ها در سطوح مختلف روی سطح، تله‌های الکترونی سطحی، تغییرات در موانع پتانسیل سطح، و ساختارهای شکاف انرژی. .