Las ventajas únicas de la microscopía de sonda de barrido
El principio de funcionamiento de un microscopio de sonda de barrido se basa en diversas propiedades físicas en el rango micro o mesoscópico. La interacción entre ambos se detecta escaneando la superficie de la sustancia estudiada con una sonda atómica extremadamente fina, para obtener las características superficiales de la sustancia estudiada. La principal diferencia entre los diferentes tipos de SPM son las características de la punta de la aguja y los métodos correspondientes de interacción con la muestra de la punta de la aguja.
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 y tiene un cierto voltaje de polarización entre ella y la muestra, con un diámetro de escala atómica. Debido a la relación exponencial negativa entre la probabilidad de tunelización de electrones y 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 se vuelve muy delgada y las nubes de electrones se superponen con entre sí. Al aplicar un voltaje entre la punta y la muestra, se pueden transferir electrones de la punta a la muestra o de la muestra a la punta a través del efecto túnel, formando una corriente de túnel. Al registrar los cambios en la corriente del túnel entre la punta de la aguja y la muestra, se puede obtener información sobre la morfología de la superficie de la muestra.
En comparación 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, lo que puede distinguir átomos individuales.
(2) Se pueden obtener imágenes 3D en tiempo real de superficies en el espacio real, que se pueden utilizar para estudiar estructuras de superficies con o sin periodicidad. Este rendimiento observable se puede utilizar para estudiar procesos dinámicos como la difusión superficial.
(3) Se puede observar la estructura superficial local de una sola capa atómica, en lugar de las propiedades promedio de la imagen individual o de toda la superficie. Por lo tanto, se pueden observar directamente los defectos de la superficie, la reconstrucción de la superficie, la morfología y posición de los adsorbentes de la superficie y la reconstrucción de la superficie causada por los adsorbentes.
(4) Puede funcionar en diferentes entornos como vacío, atmósfera y temperatura ambiente, e incluso sumergir la muestra en agua y otras soluciones sin necesidad de técnicas especiales de preparación de muestras, y el proceso de detección no daña la muestra. Estas características son particularmente adecuadas para estudiar muestras biológicas y evaluar la superficie de muestras en diferentes condiciones experimentales, como monitorear el mecanismo catalítico multifásico, el mecanismo superconductor y los cambios en la superficie de los electrodos durante reacciones electroquímicas.
(5) Al cooperar con la espectroscopia de barrido de túneles (STS), se puede obtener información sobre las estructuras electrónicas de la superficie, como la densidad de estados en diferentes niveles de la superficie, los pozos de electrones de la superficie, los cambios en las barreras de potencial de la superficie y las estructuras de brecha de energía.
