Ưu điểm độc đáo của kính hiển vi quét đầu dò
Nguyên lý làm việc của kính hiển vi đầu dò quét dựa trên các tính chất vật lý khác nhau trong phạm vi vi mô hoặc siêu âm. Sự tương tác giữa hai chất này được phát hiện bằng cách quét một đầu dò siêu mịn của các vạch nguyên tử phía trên bề mặt của chất đang được nghiên cứu, để thu được kết quả về sự tương tác giữa hai chất. Để nghiên cứu các tính chất bề mặt của vật chất, sự khác biệt chính giữa các loại SPM khác nhau là tính chất đầu tip và cách tương tác đầu tip-mẫu tương ứng của chúng.
Nguyên lý làm việc xuất phát từ nguyên lý xuyên hầm trong cơ học lượng tử. Lõi của nó là một đầu có thể quét trên bề mặt mẫu và có điện áp phân cực nhất định giữa nó và mẫu. Đường kính của nó ở quy mô 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 trở nên rất mỏng và các đám mây điện tử chồng lên 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 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.
So với các công nghệ phân tích bề mặt khác, SPM có những ưu điểm vượt trội:
(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 có hoặc không có tính tuần hoàn. 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 được cấu trúc bề mặt cục bộ của một lớp nguyên tử chứ không phải là hình ảnh riêng lẻ hoặc các đặc tính trung bình của toàn bộ bề mặt. Do đó, có thể quan sát trực tiếp các khuyết tật bề mặt, tái tạo bề mặt, hình dạng và vị trí của các vật thể bị hấp phụ trên bề mặt và các tác động do vật thể bị hấp phụ gây ra. 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 trong nước và các dung dịch khác. 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) Kết hợp với Quang phổ quét đường hầm quét (STS), có thể thu được thông tin về cấu trúc điện tử bề mặt, chẳng hạn như mật độ trạng thái ở các mức khác nhau trên bề mặt, bẫy điện tử bề mặt, thay đổi hàng rào thế năng bề mặt và cấu trúc khe năng lượng .
