Ventajas únicas de los microscopios de sonda de barrido
El principio de funcionamiento del microscopio de sonda de barrido se basa en diversas propiedades físicas en el rango microscópico o mesoscópico. La interacción entre ambos se detecta escaneando una sonda ultrafina de líneas atómicas sobre la superficie de la sustancia en estudio, con el fin de obtener los resultados de la interacción entre los dos. Para estudiar las propiedades superficiales de la materia, la principal diferencia entre los diferentes tipos de SPM son las propiedades de sus puntas y su correspondiente forma de interacción punta-muestra.
El principio de funcionamiento proviene del principio de penetración de túneles en la mecánica cuántica. Su núcleo es una punta que puede escanear la superficie de la muestra y tiene un cierto voltaje de polarización entre ella y la muestra. Su diámetro está en la 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 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 los cambios en la corriente de túnel entre la punta y la muestra, se puede obtener información sobre la morfología de la superficie de la muestra.
En comparación con otras tecnologías de análisis de superficies, SPM tiene ventajas únicas:
(1) Tiene alta resolución a nivel atómico. La resolución de STM en las direcciones paralelas y perpendiculares 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 estudiar estructuras superficiales 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 la imagen individual o las propiedades promedio de toda la superficie. Por lo tanto, se pueden observar directamente los defectos de la superficie, la reconstrucción de la superficie, la forma y posición de los cuerpos adsorbidos en la superficie y los efectos causados por los cuerpos adsorbidos. Reconstrucción de superficies, etc.
(4) Puede funcionar en diferentes entornos, como vacío, atmósfera y temperatura normal, e incluso puede sumergir muestras en agua y otras soluciones. No se requiere ninguna tecnología especial de preparación de muestras y el proceso de detección no dañará las muestras. Estas características son particularmente adecuadas para estudiar muestras biológicas y evaluar 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) Junto con la espectroscopia de barrido de túneles (STS), se puede obtener información sobre la estructura electrónica de la superficie, como la densidad de estados en diferentes niveles en la superficie, trampas de electrones en la superficie, cambios en las barreras potenciales de la superficie y estructuras de brecha de energía. .
