Skaneeriva sondi mikroskoopia ainulaadsed eelised
Skaneeriva sondi mikroskoobi tööpõhimõte põhineb erinevatel füüsikalistel omadustel mikroskoopilises või mesoskoopilises vahemikus ja tuvastab nende kahe vastasmõju uuritava aine pinna skaneerimisel aatomõhukese sondiga, et saada aine pinnaomaduste uurimiseks on eri tüüpi SPM-ide peamine erinevus nende tipu omadused ja sellele vastav viis, kuidas ots prooviga suhtleb.
Tööpõhimõte tuleneb kvantmehaanika tunneldamise põhimõttest. Selle südamik on nõela ots, mis suudab skaneerida proovi pinda, millel on prooviga teatud nihkepinge ja mille läbimõõt on aatomiskaala. Kuna elektronide tunneldamise tõenäosusel on negatiivne eksponentsiaalne seos potentsiaalse barjääri laiusega V(r), siis kui tipu ja proovi vaheline kaugus on väga väike, muutub nendevaheline potentsiaalbarjäär väga õhukeseks ja elektronpilved kattuvad. üksteist. Pinge rakendamisel saab elektrone tunneliefekti kaudu üle kanda tipust proovi või proovist tippu, moodustades tunnelivoolu. Fikseerides tunneli voolu muutust nõela otsa ja proovi vahel, on võimalik saada teavet proovi pinna topograafia kohta.
Võrreldes teiste pinnaanalüüsi tehnikatega on SPM-il ainulaadsed eelised:
(1) Sellel on aatomitaseme kõrge eraldusvõime. STM-i eraldusvõime proovipinnaga paralleelses ja sellega risti olevas suunas võib ulatuda vastavalt 0,1 nm ja 0,01 nm ning üksikud aatomid võivad olla lahutatud.
(2) Pinna kolmemõõtmelist kujutist reaalruumis on võimalik saada reaalajas, mida saab kasutada perioodilise või mitteperioodilise pinnastruktuuri uurimisel. Seda jälgitavat jõudlust saab kasutada dünaamiliste protsesside, näiteks pinna difusiooni uurimiseks.
(3) Võimalik on jälgida üksiku aatomikihi lokaalset pinnastruktuuri, mitte üksikut kujutist või kogu pinna keskmisi omadusi, nii et pinnadefektid, pinna rekonstrueerimine, pinnaadsorbentide morfoloogia ja asend ning adsorbentide põhjustatud muutusi saab vahetult jälgida. Pinna rekonstrueerimine jne.
(4) See võib töötada erinevates keskkondades, nagu vaakum, atmosfäär ja normaalne temperatuur, ning isegi kasta proovi vette ja muudesse lahustesse ilma spetsiaalse proovi ettevalmistamise tehnoloogiata ning tuvastamisprotsess ei kahjusta proovi. Need omadused sobivad eriti hästi bioloogiliste proovide uurimiseks ja proovipindade hindamiseks erinevates katsetingimustes, näiteks heterogeensete katalüütiliste mehhanismide, ülijuhtivate mehhanismide ja elektroodide pinna muutuste jälgimiseks elektrokeemiliste reaktsioonide käigus.
(5) Koostöös STS-iga (Scanning Tunneling Spectroscopy) on võimalik saada teavet pinna elektroonilise struktuuri kohta, näiteks pinna erinevatel tasanditel olevate olekute tiheduse, pinna elektronsüvendite, pinnapotentsiaalibarjääride muutuste ja energiavahe struktuuride kohta.
