As vantagens exclusivas da microscopia de varredura por sonda
O princípio de funcionamento de um microscópio de sonda de varredura é baseado em várias propriedades físicas na faixa micro ou mesoscópica. A interação entre os dois é detectada através da varredura da superfície da substância estudada com uma sonda atômica extremamente fina, a fim de obter as características superficiais da substância estudada. A principal diferença entre os diferentes tipos de SPMs são as características da ponta da agulha e os métodos correspondentes de interação da amostra com a ponta da agulha.
O princípio de funcionamento vem do princípio do tunelamento na mecânica quântica. Seu núcleo é uma ponta de agulha que pode escanear a superfície da amostra e possui uma certa tensão de polarização entre ela e a amostra, com diâmetro de escala atômica. Devido à relação exponencial negativa entre a probabilidade de tunelamento de elétrons e a largura da barreira de potencial V (r), quando a distância entre a ponta e a amostra é muito próxima, a barreira de potencial torna-se muito fina e as nuvens de elétrons se sobrepõem com uns aos outros. Ao aplicar uma tensão entre a ponta e a amostra, os elétrons podem ser transferidos da ponta para a amostra ou da amostra para a ponta através do efeito de tunelamento, formando uma corrente de tunelamento. Ao registrar as mudanças na corrente do túnel entre a ponta da agulha e a amostra, podem ser obtidas informações sobre a morfologia da superfície da amostra.
Comparado a 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 0,1 nm e 0,01 nm, respectivamente, o que pode distinguir átomos individuais.
(2) Podem ser obtidas imagens 3D em tempo real de superfícies no espaço real, que podem ser utilizadas para estudar estruturas superficiais com ou sem periodicidade. Este desempenho observável pode ser usado para estudar processos dinâmicos como a difusão superficial.
(3) A estrutura superficial local de uma única camada atômica pode ser observada, em vez das propriedades médias da imagem individual ou de toda a superfície. Portanto, defeitos superficiais, reconstrução superficial, morfologia e posição dos adsorventes superficiais e reconstrução superficial causada por adsorventes podem ser observados diretamente.
(4) Pode funcionar em diversos ambientes como vácuo, atmosfera e temperatura ambiente, podendo até imergir a amostra em água e outras soluções sem a necessidade de técnicas especiais de preparo de amostra, e o processo de detecção não danifica a amostra. Essas características são particularmente adequadas para estudar amostras biológicas e avaliar a superfície de amostras sob diferentes condições experimentais, como monitorar o mecanismo catalítico multifásico, mecanismo supercondutor e alterações na superfície do eletrodo durante reações eletroquímicas.
(5) Ao cooperar com a espectroscopia de varredura por tunelamento (STS), informações sobre estruturas eletrônicas de 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 lacunas de energia.
