Les avantages uniques de la microscopie à sonde à balayage
La microscopie à sonde à balayage (SPM) fonctionne sur le principe de la détection de l'interaction entre diverses propriétés physiques dans le domaine microscopique ou mésoscopique basée sur le balayage d'une sonde très fine de linéarité atomique au-dessus de la surface de la substance étudiée, afin d'obtenir la propriétés de surface de la substance étudiée. La principale différence entre les différents types de SPM réside dans les caractéristiques des pointes et leurs modes d’interaction pointe-échantillon correspondants.
Le principe de fonctionnement est dérivé du principe du tunneling through en mécanique quantique. En son cœur se trouve une pointe qui peut balayer la surface de l’échantillon avec une certaine tension de polarisation entre elle et l’échantillon, et dont le diamètre est à l’échelle atomique. Comme le risque d'effet tunnel électronique montre une relation exponentielle négative avec la largeur de la barrière de potentiel V(r), lorsque la distance entre la pointe de l'aiguille et l'échantillon est très proche, la barrière de potentiel entre eux devient très fine et la les nuages d'électrons se chevauchent et en appliquant une tension entre la pointe de l'aiguille et l'échantillon, les électrons peuvent être transférés de la pointe à l'échantillon ou de l'échantillon à la pointe de l'aiguille par effet tunnel pour former un effet tunnel. actuel. En enregistrant les modifications du courant tunnel entre la pointe et l’échantillon, des informations sur la morphologie de surface de l’échantillon peuvent être obtenues.
SPM présente des avantages uniques par rapport aux autres techniques d’analyse de surface :
(1) Haute résolution au niveau atomique, avec des résolutions de 0,1 nm dans le parallèle et de 0,01 nm dans la direction perpendiculaire à la surface de l'échantillon, où les atomes individuels peuvent être résolus.
(2) Une image tridimensionnelle de la surface dans l'espace réel peut être obtenue en temps réel, qui peut être utilisée pour l'étude de structures de surface périodiques ou non périodiques, et cette performance observable peut être utilisée pour l'étude de processus dynamiques. comme 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 la nature moyenne de la surface entière, et il est ainsi possible d'observer directement les défauts de surface, la reconstruction de surface, la morphologie et l'emplacement de adsorbats de surface et reconstruction de surface provoquée par les adsorbats.
(4) Il peut fonctionner dans différents environnements, tels que le vide, l'atmosphère, la température ambiante, etc., et peut même immerger l'échantillon dans l'eau et d'autres solutions, ce qui ne nécessite pas de techniques d'échantillonnage spéciales et n'endommage pas l'échantillon lors de la détection. processus. Ces caractéristiques sont particulièrement adaptées à l'étude d'échantillons biologiques et à l'évaluation de la surface de l'échantillon dans différentes conditions expérimentales, telles que le mécanisme catalytique multiphasé, le mécanisme de supraconductivité et la surveillance des modifications de la surface des électrodes lors de réactions électrochimiques.
(5) En combinaison avec la spectroscopie à effet tunnel (STS), des informations sur la structure électronique de la surface peuvent être obtenues, telles que la densité d'états à différents niveaux de la surface, les pièges à électrons de surface, la variation des barrières de potentiel de surface. et la structure du fossé énergétique.
