Avantages uniques des microscopes à sonde à balayage
Le principe de fonctionnement du microscope à sonde à balayage repose sur diverses propriétés physiques dans le domaine microscopique ou mésoscopique. L'interaction entre les deux est détectée en balayant une sonde ultra-fine de raies atomiques au-dessus de la surface de la substance étudiée, afin d'obtenir les résultats de l'interaction entre les deux. 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 leur mode d'interaction pointe-échantillon correspondant.
Le principe de fonctionnement vient du principe de pénétration tunnel en mécanique quantique. Son noyau est une pointe qui peut balayer la surface de l'échantillon et qui présente une certaine tension de polarisation entre elle et l'échantillon. Son diamètre est 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 devient très fine et les nuages d'électrons se chevauchent. 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 les modifications du courant tunnel entre la pointe et l’échantillon, des informations sur la morphologie de surface de l’échantillon peuvent être obtenues.
Par rapport à d’autres technologies d’analyse de surface, SPM présente des avantages uniques :
(1) Il a une haute résolution au niveau atomique. La résolution du STM dans les directions parallèles et perpendiculaires 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 étudier les structures de surface avec ou sans périodicité. Cette performance observable peut être utilisée pour étudier des processus dynamiques tels que la diffusion en surface.
(3) La structure de surface locale d'une seule couche atomique peut être observée, plutôt que l'image individuelle ou les propriétés moyennes de la surface entière. Par conséquent, les défauts de surface, la reconstruction de surface, la forme et la position des corps adsorbés en surface, ainsi que les effets provoqués par les corps adsorbés 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 peut même immerger des échantillons dans l'eau et d'autres solutions. Aucune technologie spéciale de préparation des échantillons n’est requise et le processus de détection n’endommagera pas les échantillons. 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 conjonction avec la spectroscopie à effet tunnel (STS), des informations sur la structure électronique de surface peuvent être obtenues, telles que la densité d'états à différents niveaux sur la surface, les pièges à électrons de surface, les changements dans les barrières de potentiel de surface et les structures d'espacement énergétique. .
