Ưu điểm độc đáo của kính hiển vi thăm dò quét
Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi đầu dò quét dựa trên các đặc tính vật lý khác nhau trong phạm vi hiển vi hoặc siêu âm và phát hiện sự tương tác giữa hai loại này khi quét bề mặt của chất cần nghiên cứu bằng đầu dò mỏng nguyên tử, để thu được nghiên cứu các tính chất bề mặt của vật chất, sự khác biệt chính giữa các loại SPM khác nhau là thuộc tính đầu của chúng và cách tương ứng mà đầu đó tương tác với mẫu.
Nguyên lý hoạt động xuất phát từ nguyên lý đường hầm trong cơ học lượng tử. Lõi của nó là một đầu kim có thể quét trên bề mặt mẫu, có điện áp phân cực nhất định với mẫu và có đường kính cỡ nguyên tử. Do xác suất tạo đường hầm điện tử có mối quan hệ hàm mũ âm với độ rộng của hàng rào thế năng V(r), 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 một điện áp được đặt vào, các electron có thể được truyền từ đầu đến mẫu hoặc từ mẫu sang đầu thông qua hiệu ứng đường hầm, tạo thành dòng điện đường hầm. Bằng cách ghi lại sự thay đổi của dòng điện trong đường hầm 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 các nguyên tử đơn lẻ có thể được phân giải.
(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 các 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 ngâm mẫu trong 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. Các 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 cơ chế xúc tác dị thể, cơ chế siêu dẫn và sự thay đổi bề mặt điện cực trong các phản ứng điện hóa.
(5) Hợp tác với STS (Scanning Tunneling Spectroscopy), 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 rào cản tiềm năng bề mặt và cấu trúc khoảng cách năng lượng.
