En introduktion til det scannende tunnelelektronmikroskop
Scanning tunneling elektronmikroskop (STM) er en slags instrument, der bruger tunneleffekten i kvanteteorien til at undersøge strukturen af stofoverfladen ved at bruge kvantetunneleffekten af elektroner mellem atomer til at omdanne arrangementet af atomer på overfladen af stof. til billedinformation.
Introduktion
Transmissionselektronmikroskopi er nyttig til at observere den overordnede struktur af et stof, men det er sværere at analysere overfladestrukturen. Dette skyldes, at transmissionselektronmikroskopi består af højenergielektricitet, der passerer gennem prøven for at opnå information, der afspejler prøvestoffets interne information. Selvom scanningselektronmikroskopi (SEM) kan afsløre visse overfladeforhold, er den såkaldte "overflade", der analyseres, altid i en vis dybde, fordi indfaldende elektroner altid har en vis mængde energi og trænger ind i det indre af prøven, og fletningshastigheden er også meget begrænset. Field Emission Electron Microscopy (FEM) og Field Ion Microscopy (FIM) kan godt bruges til overfladeundersøgelser, men prøverne skal være specielt forberedt og kan kun placeres på spidsen af en meget fin nål, og prøverne skal i stand til at modstå et højt elektrisk felt, hvilket begrænser anvendelsesområdet.
Scanning tunneling elektronmikroskopi (STM) fungerer efter et helt andet princip. Den indhenter ikke information om prøvematerialet ved indvirkning af en elektronstråle på prøven (f.eks. transmissions- og scanningselektronmikroskoper), og den studerer heller ikke prøvematerialet ved at afbilde det gennem dannelsen af en udsendt strøm (f.eks. feltemissionselektron). mikroskoper) ved hjælp af et højt elektrisk felt, der giver elektroner i prøven mere energi end arbejdet med løsrivelse, men ved at sondere en tunnelstrøm på overfladen af prøven, som kan bruges til at afbilde overfladen. Det er ved at detektere tunnelstrømmen på overfladen af prøven til billede, for at studere prøvens overflade.
Princip
Scanning tunnelmikroskopet er en ny type mikroskop, der kan skelne overflademorfologien af et fast stof ved at detektere tunnelstrømmene af elektroner i atomerne på overfladen af det faste stof ifølge princippet om tunneleffekten i kvantemekanikken.
På grund af elektronernes tunnelvirkning er elektronerne i metallet ikke fuldstændigt begrænset inden for overfladegrænsen, dvs. elektronernes tæthed falder ikke pludseligt til nul ved overfladegrænsen, men henfalder eksponentielt uden for overfladen; henfaldslængden er omkring 1 nm, hvilket er målet for elektronudslip fra overfladepotentialbarrieren. Hvis to metaller er tæt på hinanden, kan deres elektronskyer overlappe hinanden; hvis der påføres en lille spænding mellem de to metaller, så kan der observeres en strøm (kaldet en tunnelstrøm) mellem dem.
