I vantaggi unici della microscopia con sonda a scansione
La microscopia a scansione di sonda (SPM) funziona secondo il principio di rilevamento dell'interazione tra varie proprietà fisiche nell'intervallo microscopico o mesoscopico basato sulla scansione di una sonda molto fine di linearità atomica sopra la superficie della sostanza in studio, al fine di ottenere la proprietà superficiali della sostanza in studio. La differenza principale tra i diversi tipi di SPM risiede nelle caratteristiche dei puntali e nelle corrispondenti modalità di interazione punta-campione.
Il principio di funzionamento deriva dal principio del tunneling through della meccanica quantistica. Al suo centro c'è una punta che può scansionare la superficie del campione con una certa tensione di polarizzazione tra essa e il campione e il cui diametro è su scala atomica. Poiché la possibilità di effetto tunnel degli elettroni mostra una relazione esponenziale negativa con la larghezza della barriera di potenziale V(r), quando la distanza tra la punta dell'ago e il campione è molto ravvicinata, la barriera di potenziale tra di loro diventa molto sottile e la le nuvole di elettroni si sovrappongono l'una all'altra e, applicando una tensione tra la punta dell'ago e il campione, gli elettroni possono essere trasferiti dalla punta al campione o dal campione alla punta dell'ago attraverso l'effetto tunnel per formare un tunneling attuale. Registrando i cambiamenti nella corrente di tunneling tra la punta e il campione, è possibile ottenere informazioni sulla morfologia superficiale del campione.
L'SPM presenta vantaggi unici rispetto ad altre tecniche di analisi superficiale:
(1) Alta risoluzione a livello atomico, con risoluzioni di 0,1 nm in parallelo e 0,01 nm nella direzione perpendicolare alla superficie del campione, dove è possibile risolvere i singoli atomi.
(2) È possibile ottenere in tempo reale un'immagine tridimensionale della superficie nello spazio reale, che può essere utilizzata per lo studio di strutture superficiali periodiche o non periodiche, e questa prestazione osservabile può essere utilizzata per lo studio dei processi dinamici come la diffusione superficiale.
(3) È possibile osservare la struttura superficiale locale di un singolo strato atomico piuttosto che l'immagine individuale o la natura media dell'intera superficie, e quindi è possibile osservare direttamente i difetti superficiali, la ricostruzione superficiale, la morfologia e la posizione di adsorbati superficiali e ricostruzione superficiale causata da adsorbati.
(4) Può funzionare in ambienti diversi, come vuoto, atmosfera, temperatura ambiente, ecc., e può persino immergere il campione in acqua e altre soluzioni, il che non richiede tecniche di campionamento speciali e non danneggia il campione durante il rilevamento processi. Queste caratteristiche sono particolarmente adatte per lo studio di campioni biologici e la valutazione della superficie del campione in diverse condizioni sperimentali, come per il meccanismo catalitico multifase, il meccanismo di superconduttività e il monitoraggio dei cambiamenti della superficie degli elettrodi durante le reazioni elettrochimiche.
(5) In combinazione con la spettroscopia a effetto tunnel (STS), si possono ottenere informazioni sulla struttura elettronica della superficie, come la densità degli stati a diversi livelli della superficie, le trappole elettroniche superficiali, la variazione delle barriere di potenziale superficiale e la struttura del gap energetico.
