Características de la microscopía de sonda de barrido.
Cuando la historia se desarrolló hasta la década de 1980, nació un nuevo tipo de instrumento de análisis de superficies, la microscopía de sonda de barrido (STM), basada en la física e integrando varias tecnologías modernas. STM no sólo tiene una alta resolución espacial (hasta 0,1 nm en horizontal y mejor que 0,01 nm en vertical), sino que también puede observar directamente la estructura atómica de las superficies de los materiales, sino que también manipula átomos y moléculas, imponiendo así la voluntad subjetiva humana sobre la naturaleza. Se puede decir que la microscopía 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 de la microscopía de sonda de barrido se basa en diversas propiedades físicas en el rango microscópico o mesoscópico. La interacción entre los dos se detecta escaneando la sonda atómica lineal extremadamente fina sobre la superficie del material estudiado para obtener las características de la superficie del material estudiado. La principal diferencia entre los diferentes tipos de SPM son las características de sus puntas y el modo de acción correspondiente de las muestras de puntas.
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. Dado que la probabilidad de formación de túneles de electrones tiene una relación exponencial negativa con el ancho de la barrera V (r), cuando la distancia entre la punta y la muestra es muy cercana, la barrera entre ellas se vuelve muy delgada y la nube de electrones se superpone entre sí. otro. Al aplicar un voltaje entre la punta y la muestra, los electrones se pueden transferir 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 que se pueden observar los defectos de la superficie, la reconstrucción de la superficie, la forma y posición de los adsorbentes de la superficie y la superficie. La reconstrucción causada por los adsorbentes se puede observar directamente.
(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 aplicables al estudio de muestras biológicas y la evaluación de superficies de muestras en diferentes condiciones experimentales, como el monitoreo del mecanismo de catálisis heterogénea, el mecanismo superconductor y los cambios en la superficie de los electrodos durante la reacción electroquímica.
(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.
