Lợi ích cụ thể của kính hiển vi thăm dò quét
Ưu điểm độc đáo của Kính hiển vi thăm dò quét
Khi lịch sử phát triển đến những năm 1980, một loại thiết bị phân tích bề mặt mới dựa trên cơ sở vật lý và tích hợp nhiều công nghệ hiện đại - kính hiển vi đầu dò quét (STM) đã ra đời. STM không chỉ có độ phân giải không gian rất cao (lên tới O.1nm theo chiều ngang, tốt hơn O.01nm theo chiều dọc), nó có thể quan sát trực tiếp cấu trúc nguyên tử của bề mặt vật liệu và còn có thể thao tác các nguyên tử và phân tử, do đó ý chí chủ quan của con người bị áp đặt lên tự nhiên. Có thể nói, kính hiển vi đầu dò quét là phần mở rộng của mắt và bàn tay con người, là sự kết tinh của trí tuệ con người.
Nguyên lý làm việc của kính hiển vi đầu dò quét dựa trên các đặc tính vật lý khác nhau trong phạm vi vi mô hoặc siêu âm và phát hiện sự tương tác giữa hai loại khi quét bề mặt của chất cần nghiên cứu bằng đầu dò mỏng nguyên tử, để thu được To nghiên cứu các tính chất bề mặt của vật chất, sự khác biệt chính giữa các loại SPM khác nhau là đặc tính đầu của chúng và cách thức tương ứng của chúng trong đó đầu tương tác với mẫu.
Nguyên lý làm việc xuất phát từ nguyên lý đường hầm trong cơ học lượng tử. Lõi của nó là một đầu kim có khả năng quét trên bề mặt mẫu, có điện áp phân cực nhất định với mẫu và có đường kính cỡ nguyên tử. Do xác suất của đường hầm điện tử có mối quan hệ hàm mũ âm với độ rộng của hàng rào thế V(r), nên khi khoảng cách giữa đầu và mẫu rất gần, hàng rào thế năng giữa chúng trở nên rất mỏng và các đám mây điện tử chồng lên nhau. nhau. Khi đặt một điện áp vào, các electron có thể được truyền từ đầu đến mẫu hoặc từ mẫu đến đầu thông qua hiệu ứng đường hầm, tạo thành dòng điện đường hầm. Bằng cách ghi lại sự thay đổi của dòng điện giữa đầu kim và mẫu, có thể thu được thông tin về địa hình bề mặt của mẫu.
So với các kỹ thuật phân tích bề mặt khác, SPM có những ưu điểm riêng:
(1) Nó có độ phân giải cao cấp nguyên tử. Độ phân giải của STM theo hướng song song và vuông góc với bề mặt mẫu có thể lần lượt đạt tới 0.1nm và 0.01nm và có thể phân giải các nguyên tử đơn lẻ.
(2) Hình ảnh ba chiều của bề mặt trong không gian thực có thể thu được trong thời gian thực, có thể được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc bề mặt định kỳ hoặc không định kỳ. Hiệu suất quan sát được này có thể được sử dụng để nghiên cứu các quá trình động như khuếch tán bề mặt.
(3) Có thể quan sát cấu trúc bề mặt cục bộ của một lớp nguyên tử, thay vì hình ảnh riêng lẻ hoặc tính chất trung bình của toàn bộ bề mặt, do đó các khuyết tật bề mặt, tái tạo bề mặt, hình thái và vị trí của chất hấp phụ bề mặt và những thay đổi gây ra bởi chất hấp phụ có thể được quan sát trực tiếp. Tái tạo bề mặt, v.v.
(4) Nó có thể hoạt động trong các môi trường khác nhau như chân không, khí quyển và nhiệt độ bình thường, thậm chí có thể ngâm mẫu vào nước và các dung dịch khác mà không cần công nghệ chuẩn bị mẫu đặc biệt và quá trình phát hiện sẽ không làm hỏng mẫu. Những tính năng này đặc biệt phù hợp để nghiên cứu các mẫu sinh học và đánh giá bề mặt mẫu trong các điều kiện thí nghiệm khác nhau, chẳng hạn như theo dõi các cơ chế xúc tác không đồng nhất, cơ chế siêu dẫn và sự thay đổi bề mặt điện cực trong các phản ứng điện hóa.
(5) Hợp tác với STS (Quang phổ quét đường hầm), có thể thu được thông tin về cấu trúc điện tử bề mặt, chẳng hạn như mật độ trạng thái ở các cấp độ khác nhau của bề mặt, giếng điện tử bề mặt, thay đổi hàng rào thế năng bề mặt và cấu trúc khe năng lượng.
