Giới thiệu về kính hiển vi điện tử quét đường hầm
Kính hiển vi điện tử xuyên hầm quét (STM) là loại thiết bị sử dụng hiệu ứng xuyên hầm trong lý thuyết lượng tử để thăm dò cấu trúc bề mặt vật chất, sử dụng hiệu ứng xuyên hầm lượng tử của các electron giữa các nguyên tử để làm thay đổi sự sắp xếp của các nguyên tử trên bề mặt vật chất. thành thông tin hình ảnh.
Giới thiệu
Kính hiển vi điện tử truyền qua rất hữu ích trong việc quan sát cấu trúc tổng thể của một chất, nhưng việc phân tích cấu trúc bề mặt lại khó khăn hơn. Điều này là do kính hiển vi điện tử truyền qua bao gồm dòng điện năng lượng cao đi qua mẫu để thu được thông tin, phản ánh thông tin bên trong của chất mẫu. Mặc dù kính hiển vi điện tử quét (SEM) có thể phát hiện những điều kiện bề mặt nhất định nhưng cái gọi là “bề mặt” được phân tích luôn ở độ sâu nhất định vì các electron tới luôn có một lượng năng lượng nhất định và xâm nhập vào bên trong mẫu và tốc độ bện cũng còn rất hạn chế. Kính hiển vi điện tử phát xạ trường (FEM) và Kính hiển vi ion trường (FIM) có thể được sử dụng tốt cho nghiên cứu bề mặt, nhưng các mẫu phải được chuẩn bị đặc biệt và chỉ có thể được đặt trên đầu một chiếc kim thật mảnh và các mẫu cần phải được có thể chịu được điện trường cao, điều này hạn chế phạm vi ứng dụng của nó.
Kính hiển vi điện tử quét đường hầm (STM) hoạt động theo nguyên tắc hoàn toàn khác. Nó không thu được thông tin về vật liệu mẫu bằng tác động của chùm tia điện tử lên mẫu (ví dụ: kính hiển vi điện tử truyền qua và quét), cũng như không nghiên cứu vật liệu mẫu bằng cách chụp ảnh nó thông qua sự hình thành dòng điện phát ra (ví dụ: điện tử phát xạ trường). kính hiển vi) bằng một điện trường cao cung cấp cho các electron trong mẫu nhiều năng lượng hơn công tách ra, nhưng bằng cách thăm dò một dòng điện chạy qua bề mặt mẫu, dòng điện này có thể được sử dụng để chụp ảnh bề mặt. Đó là bằng cách phát hiện dòng điện chạy qua bề mặt mẫu để chụp ảnh, để nghiên cứu bề mặt của mẫu.
Nguyên tắc
Kính hiển vi quét đường hầm là một loại kính hiển vi mới có thể phân biệt hình thái bề mặt của chất rắn bằng cách phát hiện dòng điện xuyên hầm của các electron trong nguyên tử trên bề mặt chất rắn theo nguyên lý hiệu ứng đường hầm trong cơ học lượng tử.
Do hiệu ứng xuyên hầm của các electron, các electron trong kim loại không bị giới hạn hoàn toàn trong ranh giới bề mặt, tức là mật độ electron không đột ngột giảm xuống 0 ở ranh giới bề mặt mà phân rã theo cấp số nhân ở bên ngoài bề mặt; chiều dài phân rã khoảng 1 nm, là thước đo độ thoát electron khỏi hàng rào thế năng bề mặt. Nếu hai kim loại ở gần nhau, các đám mây điện tử của chúng có thể chồng lên nhau; nếu đặt một điện áp nhỏ vào giữa hai kim loại thì có thể quan sát thấy một dòng điện (gọi là dòng điện xuyên hầm) giữa chúng.
