Beneficios particulares de la microscopía de sonda de barrido
Las ventajas únicas del microscopio de sonda de barrido Prefacio:
Cuando la historia se desarrolló hasta la década de 1980, nació un nuevo tipo de instrumento de análisis de superficies basado en la física e integrando una variedad de tecnologías modernas: el microscopio de sonda de barrido (STM). STM no sólo tiene una resolución espacial muy alta (hasta 0,1 nm en dirección horizontal, mejor que 0,01 nm en dirección vertical), sino que puede observar directamente la estructura atómica de la superficie del material y también puede manipular átomos y moléculas, de modo que la voluntad subjetiva humana se impone a la naturaleza. Se puede decir que el microscopio de sonda de barrido es la extensión de los ojos y las manos humanos y la cristalización de la sabiduría humana.
El principio de funcionamiento del microscopio de sonda de barrido se basa en diversas características físicas en el rango microscópico o mesoscópico, y detecta la interacción entre los dos al escanear la superficie de la sustancia a estudiar mediante una sonda atómicamente delgada, para obtener el To Al estudiar las propiedades de la superficie de la materia, la principal diferencia entre los diferentes tipos de SPM son las propiedades de su punta y las formas correspondientes en las que la punta interactúa con la muestra.
El principio de funcionamiento proviene del principio de túnel de la mecánica cuántica. Su núcleo es una punta de aguja que puede escanear la superficie de la muestra, tiene un cierto voltaje de polarización con la muestra y tiene un diámetro de escala atómica. Dado que la probabilidad de formación de túneles de electrones tiene una relación exponencial negativa con el ancho de la barrera de potencial V(r), cuando la distancia entre la punta y la muestra es muy cercana, la barrera de potencial entre ellas se vuelve muy delgada y las nubes de electrones se superponen. entre sí. Cuando se aplica un voltaje, los electrones pueden transferirse desde la punta a la muestra o desde la muestra a la punta a través del efecto túnel, formando una corriente de túnel. Al registrar el cambio de la corriente del túnel entre la punta de la aguja y la muestra, se puede obtener información de la topografía de la superficie de la muestra.
Comparado con otras técnicas de análisis de superficies, SPM tiene ventajas únicas:
(1) Tiene alta resolución a nivel atómico. La resolución de STM en la dirección paralela y perpendicular a la superficie de la muestra puede alcanzar 0.1 nm y 0.01 nm, respectivamente, y se pueden resolver átomos individuales.
(2) La imagen tridimensional de la superficie en el espacio real se puede obtener en tiempo real, lo que puede utilizarse para el estudio de la estructura de la superficie periódica o no periódica. Este rendimiento observable se puede utilizar para el estudio de procesos dinámicos como la difusión superficial.
(3) Es posible observar la estructura superficial local de una sola capa atómica, en lugar de la imagen individual o las propiedades promedio de toda la superficie, de modo que los defectos superficiales, la reconstrucción superficial, la morfología y posición de los adsorbentes superficiales y la Los cambios causados por los adsorbentes se pueden observar directamente. Reconstrucción de superficies, etc.
(4) Puede funcionar en diferentes entornos, como vacío, atmósfera y temperatura normal, e incluso sumergir la muestra en agua y otras soluciones, sin tecnología especial de preparación de muestras, y el proceso de detección no dañará la muestra. Estas características son especialmente adecuadas para el estudio de muestras biológicas y la evaluación de superficies de muestras en diferentes condiciones experimentales, como el monitoreo de mecanismos catalíticos heterogéneos, mecanismos superconductores y cambios en la superficie de los electrodos durante reacciones electroquímicas.
(5) Al cooperar con STS (espectroscopia de barrido de túneles), se puede obtener información sobre la estructura electrónica de la superficie, como la densidad de estados en diferentes niveles de la superficie, pozos de electrones de la superficie, cambios en las barreras de potencial de la superficie y estructuras de brecha de energía.
