As vantagens exclusivas do microscópio de sonda de varredura
Quando a história se desenvolveu até a década de 1980, nasceu um novo microscópio de sonda de varredura por instrumento de análise de superfície (STM), baseado na física e integrado a muitas tecnologias modernas. STM não só tem uma alta resolução espacial (até O.1nm na direção horizontal, mas melhor que O.01nm na direção vertical), ele pode observar diretamente a estrutura atômica na superfície da matéria, mas também manipular átomos e moléculas, assim impor a vontade subjetiva humana 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 propriedades físicas na faixa microscópica ou mesoscópica, e a interação entre elas é detectada pela varredura da sonda ultrafina com linearidade atômica acima da superfície da substância estudada, de modo a obter a superfície características da substância estudada. A principal diferença entre os diferentes tipos de SPM reside nas características da ponta da agulha e nos modos de interação correspondentes das amostras da 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, tem uma certa tensão de polarização com a amostra e seu diâmetro é em escala atômica. Como a probabilidade de tunelamento de elétrons tem uma relação exponencial negativa com a largura da barreira V(r), quando a distância entre a ponta da agulha e a amostra é muito próxima, a barreira entre elas se torna muito fina e as nuvens de elétrons se sobrepõem umas às outras. outro. Quando uma voltagem é aplicada entre a ponta da agulha e a amostra, os elétrons podem ser transferidos da ponta da agulha para a amostra ou da amostra para a ponta da agulha através do efeito de tunelamento, formando uma corrente de tunelamento. Ao registrar a mudança da corrente do túnel entre a ponta da agulha e a amostra, as informações da morfologia da superfície da amostra podem ser obtidas.
Comparado com outras tecnologias 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, de modo que um único átomo pode ser distinguido.
(2) A imagem tridimensional da superfície no espaço real pode ser obtida em tempo real, que pode ser usada para estudar a estrutura da superfície com ou sem periodicidade, e esta observabilidade pode ser usada para estudar os processos dinâmicos como a difusão superficial .
(3) A estrutura superficial local de uma única camada atômica pode ser observada em vez das propriedades médias de uma imagem individual ou de toda a superfície, portanto, defeitos superficiais, reconstrução superficial, forma e posição dos adsorventes superficiais e reconstrução superficial causada por adsorventes pode ser observado diretamente.
(4) Pode funcionar em diferentes ambientes, como vácuo, atmosfera, temperatura normal, etc., e até mesmo a amostra pode ser imersa em água e outras soluções, sem tecnologia especial de preparação de amostra, e o processo de detecção não causa danos à amostra . Estas características são especialmente adequadas para estudar amostras biológicas e avaliar a superfície de amostras sob diferentes condições experimentais, tais como mecanismo catalítico heterogêneo, mecanismo supercondutor, monitoramento das mudanças na superfície do eletrodo durante a reação eletroquímica e assim por diante.
(5) Com a espectroscopia de varredura por tunelamento (STS), informações sobre a estrutura eletrônica da superfície podem ser obtidas, como a densidade de estados em diferentes níveis da superfície, a armadilha eletrônica da superfície, a mudança da barreira da superfície e a estrutura do gap de energia .
