Besondere Vorteile der Rastersondenmikroskopie
Die einzigartigen Vorteile des Rastersondenmikroskops Vorwort:
Als sich die Geschichte bis in die 1980er Jahre entwickelte, wurde ein neuer Typ von Oberflächenanalyseinstrument geboren, der auf Physik basiert und eine Vielzahl moderner Technologien integriert – das Rastersondenmikroskop (STM). STM verfügt nicht nur über eine sehr hohe räumliche Auflösung (bis zu 0,1 nm in horizontaler Richtung, besser als 0,01 nm in vertikaler Richtung), es kann auch die atomare Struktur der Materialoberfläche direkt beobachten und auch Atome manipulieren Moleküle, so dass der menschliche subjektive Wille der Natur aufgezwungen wird. Man kann sagen, dass das Rastersondenmikroskop die Erweiterung menschlicher Augen und Hände und die Kristallisation menschlicher Weisheit ist.
Das Funktionsprinzip des Rastersondenmikroskops basiert auf verschiedenen physikalischen Eigenschaften im mikroskopischen oder mesoskopischen Bereich und erfasst die Wechselwirkung zwischen beiden, wenn die Oberfläche der zu untersuchenden Substanz mit einer atomar dünnen Sonde abgetastet wird, um so das To zu erhalten Um die Oberflächeneigenschaften von Materie zu untersuchen, besteht der Hauptunterschied zwischen den verschiedenen Arten von SPMs in ihren Spitzeneigenschaften und der entsprechenden Art und Weise, wie die Spitze mit der Probe interagiert.
Das Wirkprinzip stammt aus dem Tunnelprinzip der Quantenmechanik. Sein Kern ist eine Nadelspitze, die die Oberfläche der Probe scannen kann, eine bestimmte Vorspannung mit der Probe hat und einen Durchmesser im atomaren Maßstab hat. Da die Wahrscheinlichkeit des Tunnelns von Elektronen eine negative exponentielle Beziehung zur Breite der Potentialbarriere V(r) aufweist, wird die Potentialbarriere zwischen ihnen sehr dünn, wenn der Abstand zwischen der Spitze und der Probe sehr gering ist, und die Elektronenwolken überlappen sich gegenseitig. Wenn eine Spannung angelegt wird, können durch den Tunneleffekt Elektronen von der Spitze zur Probe oder von der Probe zur Spitze übertragen werden, wodurch ein Tunnelstrom entsteht. Durch die Aufzeichnung der Änderung des Tunnelstroms zwischen der Nadelspitze und der Probe können Informationen über die Oberflächentopographie der Probe gewonnen werden.
Im Vergleich zu anderen Oberflächenanalysetechniken bietet SPM einzigartige Vorteile:
(1) Es verfügt über eine hohe Auflösung auf atomarer Ebene. Die Auflösung des STM in der Richtung parallel zur Probenoberfläche und senkrecht zur Probenoberfläche kann 0,1 nm bzw. 0,01 nm erreichen, und einzelne Atome können aufgelöst werden.
(2) Das dreidimensionale Bild der Oberfläche im realen Raum kann in Echtzeit erhalten werden und zur Untersuchung der periodischen oder nichtperiodischen Oberflächenstruktur verwendet werden. Diese beobachtbare Leistung kann für die Untersuchung dynamischer Prozesse wie der Oberflächendiffusion genutzt werden.
(3) Es ist möglich, die lokale Oberflächenstruktur einer einzelnen Atomschicht zu beobachten und nicht das einzelne Bild oder die durchschnittlichen Eigenschaften der gesamten Oberfläche, sodass Oberflächendefekte, Oberflächenrekonstruktionen, die Morphologie und Position von Oberflächenadsorbentien usw. beobachtet werden können Veränderungen durch Adsorbentien können direkt beobachtet werden. Oberflächenrekonstruktion usw.
(4) Es kann in verschiedenen Umgebungen wie Vakuum, Atmosphäre und Normaltemperatur arbeiten und die Probe sogar in Wasser und andere Lösungen eintauchen, ohne dass eine spezielle Probenvorbereitungstechnologie erforderlich ist, und der Nachweisprozess wird die Probe nicht beschädigen. Diese Funktionen eignen sich besonders für die Untersuchung biologischer Proben und die Bewertung von Probenoberflächen unter verschiedenen experimentellen Bedingungen, beispielsweise zur Überwachung heterogener katalytischer Mechanismen, supraleitender Mechanismen und Änderungen der Elektrodenoberfläche während elektrochemischer Reaktionen.
(5) Durch die Zusammenarbeit mit STS (Scanning Tunneling Spectroscopy) können Informationen über die elektronische Struktur der Oberfläche gewonnen werden, wie z. B. die Zustandsdichte auf verschiedenen Ebenen der Oberfläche, Oberflächenelektronenquellen, Änderungen der Oberflächenpotentialbarrieren und Energielückenstrukturen.
