Scanning probe mikroskopi unikke fordele
Scanning Probe Microscopy (SPM) arbejder efter princippet om at detektere interaktionen mellem forskellige fysiske egenskaber i det mikroskopiske eller mesoskopiske område baseret på scanning af en meget fin probe af atomær linearitet over overfladen af det undersøgte stof for at opnå overfladeegenskaber af det undersøgte stof. Hovedforskellen mellem forskellige typer SPM ligger i spidsernes egenskaber og deres tilsvarende spids-prøve-interaktionstilstande.
Funktionsprincippet er afledt af tunneling through princippet i kvantemekanik. I sin kerne er en spids, der kan scanne hen over prøveoverfladen med en vis forspænding mellem den og prøven, og hvis diameter er på atomskalaen. Da chancen for elektrontunneling viser en negativ eksponentiel sammenhæng med bredden af potentialbarrieren V(r), når afstanden mellem spidsen af nålen og prøven er meget tæt, bliver potentialbarrieren mellem dem meget tynd, og elektronskyer overlapper hinanden, og ved at påføre en spænding mellem spidsen af nålen og prøven, kan elektronerne overføres fra spidsen til prøven eller fra prøven til spidsen af nålen gennem tunneleffekten for at danne en tunneling nuværende. Ved at registrere ændringerne i tunnelstrømmen mellem spidsen og prøven kan information om prøvens overflademorfologi opnås.
SPM har unikke fordele i forhold til andre overfladeanalyseteknikker:
(1) Høj opløsning på atomniveau med opløsninger på 0.1 nm i parallel og 0.01 nm i vinkelret retning på prøveoverfladen, hvor individuelle atomer kan opløses.
(2) Et tredimensionelt billede af overfladen i det virkelige rum kan opnås i realtid, som kan bruges til undersøgelse af periodiske eller ikke-periodiske overfladestrukturer, og denne observerbare ydeevne kan bruges til undersøgelse af dynamiske processer såsom overfladediffusion.
(3) Det er muligt at observere den lokale overfladestruktur af et enkelt atomlag frem for det individuelle billede eller den gennemsnitlige natur af hele overfladen, og det er således muligt direkte at observere overfladedefekter, overfladerekonstruktion, morfologien og placeringen af overfladeadsorbater og overfladerekonstruktion forårsaget af adsorbater.
(4) Det kan arbejde i forskellige miljøer, såsom vakuum, atmosfære, stuetemperatur osv., og kan endda nedsænke prøven i vand og andre opløsninger, hvilket ikke kræver specielle prøvetagningsteknikker og ikke beskadiger prøven under påvisningen behandle. Disse funktioner er særligt velegnede til undersøgelse af biologiske prøver og evaluering af prøveoverfladen under forskellige eksperimentelle forhold, såsom for den flerfasede katalytiske mekanisme, superledningsmekanisme og overvågning af elektrodeoverfladeændringer under elektrokemiske reaktioner.
(5) I kombination med scanning tunneling spektroskopi (STS) kan information om overfladens elektroniske struktur opnås, såsom tætheden af tilstande på forskellige niveauer af overfladen, overfladeelektronfælderne, variationen af overfladepotentialbarriererne og energigabets struktur.
