Beneficios únicos de la microscopía de sonda de barrido
Prefacio:
Cuando la historia se desarrolló en 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). El STM no solo tiene una alta resolución espacial (hasta 0,1 nm en dirección transversal, y mejor que 0,01 nm en dirección longitudinal), que es capaz de observar directamente el No sólo tiene una alta resolución espacial (O,1 nm en horizontal y 0,01 nm en vertical), puede observar directamente la estructura atómica en la superficie de la materia, pero también puede manipular átomos y moléculas, ejerciendo así la voluntad subjetiva del ser humano sobre la naturaleza. Se puede decir que el microscopio de sonda de barrido es la extensión de los ojos y las manos humanos y es la cristalización de la sabiduría humana.
El principio de funcionamiento de la Microscopía de Sonda de Barrido se basa en diversas propiedades físicas en el rango microscópico o mesoscópico, y la interacción entre ellas se detecta mediante una sonda muy fina de linealidad atómica que escanea sobre la superficie de la sustancia en estudio, con el fin de Para obtener las propiedades superficiales de la sustancia en estudio, la principal diferencia entre los diferentes tipos de SPM radica en las diferencias en las características de sus agujas y sus correspondientes formas de interactuar con las muestras de las agujas.
El principio de funcionamiento se deriva del principio de túnel de la mecánica cuántica. En su núcleo hay una punta que puede escanear la superficie de la muestra con un cierto voltaje de polarización entre ella y la muestra, y cuyo diámetro es de escala atómica. Como la posibilidad de que se produzca un túnel de electrones muestra una relación exponencial negativa con el ancho de la barrera de potencial V(r), cuando la distancia entre la punta de la aguja y la muestra es muy cercana, la barrera de potencial entre ellas se vuelve muy delgada y la Las nubes de electrones se superponen entre sí y, al aplicar un voltaje entre la punta de la aguja y la muestra, los electrones se pueden transferir de la punta a la muestra o de la muestra a la punta de la aguja a través del efecto túnel para formar un túnel. actual. 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.
SPM tiene ventajas únicas sobre otras técnicas de análisis de superficies:
(1) Alta resolución a nivel atómico, con resoluciones de 0.1 nm en paralelo y 0.01 nm en la dirección perpendicular a la superficie de la muestra, donde se pueden resolver átomos individuales.
(2) Se puede obtener una imagen tridimensional de la superficie en el espacio real en tiempo real, que se puede utilizar para el estudio de estructuras superficiales periódicas o no periódicas, y 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 la naturaleza promedio de toda la superficie y, por lo tanto, es posible observar directamente los defectos de la superficie, la reconstrucción de la superficie, la morfología y la ubicación de adsorbatos de superficie y reconstrucción de superficie causada por adsorbatos.
(4) Puede funcionar en diferentes entornos, como vacío, atmósfera, temperatura ambiente, etc., e incluso puede sumergir la muestra en agua y otras soluciones, lo que no requiere técnicas de muestreo especiales y no daña la muestra durante la detección. proceso. Estas características son particularmente adecuadas para el estudio de muestras biológicas y la evaluación de la superficie de la muestra en diferentes condiciones experimentales, como el mecanismo catalítico multifásico, el mecanismo de superconductividad y el monitoreo de los cambios en la superficie del electrodo durante reacciones electroquímicas.
(5) En combinación 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 de la superficie, las trampas de electrones de la superficie, la variación de las barreras de potencial de la superficie. y la estructura de la brecha energética.
