Avantages uniques de la microscopie à sonde à balayage
Le principe de fonctionnement du microscope à sonde à balayage est basé sur diverses caractéristiques physiques dans la gamme 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 mince, de manière à obtenir le To étudier les propriétés de surface de la matière, la principale différence entre les différents types de SPM est leurs propriétés de pointe et la manière correspondante dont la pointe interagit avec l'échantillon.
Le principe de fonctionnement vient du principe d'effet tunnel 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 d'échelle atomique. Étant donné que la probabilité d'effet tunnel d'électrons 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 mince et les nuages d'électrons se chevauchent l'un l'autre. Lorsqu'une tension est appliquée, des électrons peuvent être transférés de la pointe à l'échantillon ou de l'échantillon à la pointe par effet tunnel, formant un courant tunnel. En enregistrant le changement du courant tunnel entre la pointe de l'aiguille et l'échantillon, les informations de la topographie de surface de l'échantillon peuvent être obtenues.
Par rapport aux autres techniques d'analyse de surface, SPM présente des avantages uniques :
(1) Il a une haute résolution au niveau atomique. La résolution de STM dans la direction parallèle et perpendiculaire à la surface de l'échantillon peut atteindre 0.1nm et 0.01nm, respectivement, 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 de 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 toute la surface, de sorte que les défauts de surface, la reconstruction de surface, la morphologie et la position des adsorbants de surface, et la les modifications causées par les adsorbants peuvent être directement observées. Reconstruction de surface, 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 d'échantillon, et le processus de détection n'endommagera pas l'échantillon. Ces caractéristiques sont particulièrement adaptées à l'étude d'échantillons biologiques et à l'évaluation de surfaces d'échantillons dans différentes conditions expérimentales, telles que la surveillance de mécanismes catalytiques hétérogènes, de mécanismes supraconducteurs et de changements de surface d'électrode 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 d'électrons de surface, les changements dans les barrières de potentiel de surface et les structures de gap d'énergie.
