Avantages particuliers de la microscopie à sonde à balayage
Les avantages uniques de la préface du microscope à sonde à balayage :
Lorsque l'histoire s'est développée jusqu'aux années 1980, un nouveau type d'instrument d'analyse de surface basé sur la physique et intégrant une variété de technologies modernes - le microscope à sonde à balayage (STM) est né. STM a non seulement une très haute résolution spatiale (jusqu'à O,1 nm dans la direction horizontale, meilleure que O,01 nm dans la direction verticale), il peut observer directement la structure atomique de la surface du matériau, et il peut également manipuler des atomes et molécules, de sorte que la volonté subjective humaine s'impose à la nature. On peut dire que le microscope à sonde à balayage est l'extension des yeux et des mains humains et la cristallisation de la sagesse humaine.
Le principe de fonctionnement du microscope à sonde à balayage est basé sur diverses caractéristiques physiques dans la plage microscopique ou mésoscopique, et détecte l'interaction entre les deux lors du balayage de la surface de la substance à étudier par une sonde atomiquement fine, de manière à obtenir le To Pour étudier les propriétés de surface de la matière, la principale différence entre les différents types de SPM réside dans leurs propriétés de pointe et dans la manière dont la pointe interagit avec l'échantillon.
Le principe de fonctionnement vient du principe de tunneling en mécanique quantique. Son noyau est une pointe d'aiguille qui peut balayer la surface de l'échantillon, a une certaine tension de polarisation avec l'échantillon et a un diamètre à l'échelle atomique. Étant donné que la probabilité d'effet tunnel électronique a une relation exponentielle négative avec la largeur de la barrière de potentiel V(r), lorsque la distance entre la pointe et l'échantillon est très proche, la barrière de potentiel entre eux devient très fine et les nuages d'électrons se chevauchent. l'un l'autre. Lorsqu'une tension est appliquée, les électrons peuvent être transférés de la pointe à l'échantillon ou de l'échantillon à la pointe par effet tunnel, formant ainsi un courant tunnel. En enregistrant le changement du courant tunnel entre la pointe de l’aiguille et l’échantillon, les informations sur la topographie de la surface de l’échantillon peuvent être obtenues.
Par rapport à d’autres techniques d’analyse de surface, SPM présente des avantages uniques :
(1) Il a une haute résolution au niveau atomique. La résolution du STM dans la direction parallèle et perpendiculaire à la surface de l'échantillon peut atteindre respectivement 0,1 nm et 0,01 nm, et des atomes uniques peuvent être résolus.
(2) L'image tridimensionnelle de la surface dans l'espace réel peut être obtenue en temps réel, ce qui peut être utilisé pour l'étude de la structure de surface périodique ou non périodique. Cette performance observable peut être utilisée pour l’étude de processus dynamiques tels que la diffusion en surface.
(3) Il est possible d'observer la structure de surface locale d'une seule couche atomique, plutôt que l'image individuelle ou les propriétés moyennes de la surface entière, de sorte que les défauts de surface, la reconstruction de la surface, la morphologie et la position des adsorbants de surface, ainsi que les changements provoqués par les adsorbants peuvent être directement observés. Reconstruction de surfaces, etc.
(4) Il peut fonctionner dans différents environnements tels que le vide, l'atmosphère et la température normale, et même immerger l'échantillon dans l'eau et d'autres solutions, sans technologie spéciale de préparation des échantillons, et le processus de détection n'endommagera pas l'échantillon. Ces fonctionnalités sont particulièrement adaptées à l'étude d'échantillons biologiques et à l'évaluation des surfaces d'échantillons dans différentes conditions expérimentales, telles que la surveillance de mécanismes catalytiques hétérogènes, de mécanismes supraconducteurs et de modifications de la surface des électrodes au cours de réactions électrochimiques.
(5) En coopérant avec STS (Scanning Tunneling Spectroscopy), des informations sur la structure électronique de surface peuvent être obtenues, telles que la densité d'états à différents niveaux de la surface, les puits électroniques de surface, les changements dans les barrières de potentiel de surface et les structures d'espacement énergétique.
