Ưu điểm độc đáo của kính hiển vi thăm dò quét
Nguyên lý làm việc của Kính hiển vi thăm dò quét dựa trên các tính chất vật lý khác nhau trong phạm vi vi mô hoặc siêu âm, và sự tương tác giữa chúng được phát hiện bằng đầu dò quét tuyến tính nguyên tử rất mịn phía trên bề mặt của chất đang nghiên cứu, để có được các đặc tính bề mặt của chất đang nghiên cứu, sự khác biệt chính giữa các loại SPM khác nhau nằm ở sự khác biệt về đặc điểm của kim và cách tương tác tương ứng của chúng với các mẫu kim.
Nguyên lý hoạt động bắt nguồn từ nguyên lý xuyên hầm trong cơ học lượng tử. Cốt lõi của nó là một đầu có thể quét trên bề mặt mẫu với một điện áp phân cực nhất định giữa nó và mẫu và có đường kính ở cấp độ nguyên tử. Vì khả năng chui hầm của điện tử cho thấy mối quan hệ hàm mũ âm với độ rộng của hàng rào thế V(r), khi khoảng cách giữa đầu kim và mẫu rất gần, hàng rào thế năng giữa chúng trở nên rất mỏng và Các đám mây điện tử chồng lên nhau và bằng cách đặt một điện áp giữa đầu kim và mẫu, các electron có thể được chuyển từ đầu kim sang mẫu hoặc từ mẫu sang đầu kim thông qua hiệu ứng đường hầm để tạo thành một đường hầm hiện hành. Bằng cách ghi lại những thay đổi trong dòng điện xuyên hầm giữa đầu dò và mẫu, có thể thu được thông tin về hình thái bề mặt của mẫu.
SPM có những ưu điểm vượt trội so với các kỹ thuật phân tích bề mặt khác:
(1) Độ phân giải cao ở cấp độ nguyên tử, với độ phân giải 0,1 nm song song và 0,01 nm theo hướng vuông góc với bề mặt mẫu, nơi có thể phân giải từng nguyên tử riêng lẻ.
(2) Có thể thu được hình ảnh ba chiều của bề mặt trong không gian thực trong thời gian thực, có thể được sử dụng để nghiên cứu các cấu trúc bề mặt định kỳ hoặc không định kỳ và 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, và do đó có thể quan sát trực tiếp các khuyết tật bề mặt, tái tạo bề mặt, hình thái và vị trí của chất hấp phụ bề mặt và tái tạo bề mặt do chất hấp phụ gây ra.
(4) Nó có thể hoạt động trong các môi trường khác nhau, chẳng hạn như chân không, khí quyển, nhiệt độ phòng, v.v. và thậm chí có thể ngâm mẫu vào nước và các dung dịch khác, không yêu cầu kỹ thuật lấy mẫu đặc biệt và không làm hỏng mẫu trong quá trình phát hiện quá trình. 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 cơ chế xúc tác đa pha, cơ chế siêu dẫn và theo dõi sự thay đổi bề mặt điện cực trong các phản ứng điện hóa.
(5) Kết hợp với quang phổ quét đường hầm (STS), có thể thu được thông tin về cấu trúc điện tử của bề mặt, chẳng hạn như mật độ trạng thái ở các cấp độ khác nhau của bề mặt, bẫy electron bề mặt, sự biến đổi của hàng rào thế năng bề mặt và cấu trúc khoảng cách năng lượng.
