Benefícios específicos da microscopia de varredura por sonda
As vantagens exclusivas do prefácio do microscópio de sonda de varredura:
Quando a história evoluiu para a década de 1980, nasceu um novo tipo de instrumento de análise de superfície baseado na física e integrando uma variedade de tecnologias modernas - o microscópio de varredura por sonda (STM). O STM não só possui uma resolução espacial muito alta (até O,1nm na direção horizontal, melhor que O,01nm na direção vertical), como também pode observar diretamente a estrutura atômica da superfície do material, e também pode manipular átomos e moléculas, para que a vontade subjetiva humana seja imposta à natureza. Pode-se dizer que o microscópio de sonda de varredura é a extensão dos olhos e das mãos humanas e a cristalização da sabedoria humana.
O princípio de funcionamento do microscópio de sonda de varredura é baseado em diversas características físicas na faixa microscópica ou mesoscópica, e detecta a interação entre as duas ao escanear a superfície da substância a ser estudada por uma sonda atomicamente fina, de modo a obter o Para estudar as propriedades da superfície da matéria, a principal diferença entre os diferentes tipos de SPMs são as propriedades da ponta e as formas correspondentes pelas quais a ponta interage com a amostra.
O princípio de funcionamento vem do princípio do tunelamento na mecânica quântica. Seu núcleo é uma ponta de agulha que pode varrer a superfície da amostra, possui uma certa tensão de polarização com a amostra e possui um diâmetro de escala atômica. Como a probabilidade de tunelamento de elétrons tem uma relação exponencial negativa com a largura da barreira de potencial V(r), quando a distância entre a ponta e a amostra é muito próxima, a barreira de potencial entre elas torna-se muito fina e as nuvens de elétrons se sobrepõem. uns aos outros. Quando uma tensão é aplicada, os elétrons podem ser transferidos da ponta para a amostra ou da amostra para a ponta através do efeito túnel, formando uma corrente de túnel. Ao registrar a mudança da corrente do túnel entre a ponta da agulha e a amostra, a informação da topografia da superfície da amostra pode ser obtida.
Comparado com outras técnicas de análise de superfície, o SPM tem vantagens únicas:
(1) Possui alta resolução em nível atômico. A resolução do STM na direção paralela e perpendicular à superfície da amostra pode atingir 0,1nm e 0,01nm, respectivamente, e átomos únicos podem ser resolvidos.
(2) A imagem tridimensional da superfície no espaço real pode ser obtida em tempo real, podendo ser utilizada para o estudo da estrutura superficial periódica ou não periódica. Este desempenho observável pode ser usado para o estudo de processos dinâmicos como a difusão superficial.
(3) É possível observar a estrutura superficial local de uma única camada atômica, em vez da imagem individual ou das propriedades médias de toda a superfície, de modo que os defeitos superficiais, a reconstrução da superfície, a morfologia e a posição dos adsorventes superficiais, e o mudanças causadas por adsorventes podem ser observadas diretamente. Reconstrução de superfície, etc.
(4) Pode funcionar em diferentes ambientes como vácuo, atmosfera e temperatura normal, e até mesmo imergir a amostra em água e outras soluções, sem tecnologia especial de preparação de amostra, e o processo de detecção não danificará a amostra. Esses recursos são especialmente adequados para o estudo de amostras biológicas e a avaliação de superfícies de amostras sob diferentes condições experimentais, como monitoramento de mecanismos catalíticos heterogêneos, mecanismos supercondutores e alterações na superfície do eletrodo durante reações eletroquímicas.
(5) Cooperando com STS (Espectroscopia de Tunelamento de Varredura), informações sobre a estrutura eletrônica da superfície podem ser obtidas, como a densidade de estados em diferentes níveis da superfície, poços de elétrons de superfície, mudanças nas barreiras de potencial de superfície e estruturas de lacuna de energia.
