Karakteristik Pemindaian mikroskop probe
Ketika sejarah berkembang hingga tahun 1980-an, lahirlah instrumen analisis permukaan jenis baru, Scanning probe microscopy (STM), berdasarkan fisika dan mengintegrasikan berbagai teknologi modern. STM tidak hanya memiliki resolusi spasial yang tinggi (hingga O.1nm secara horizontal dan lebih baik daripada O.01nm secara vertikal), STM dapat secara langsung mengamati struktur atom permukaan material, tetapi juga memanipulasi atom dan molekul, sehingga memaksakan kehendak subjektif manusia terhadap alam. Dapat dikatakan bahwa pemindaian mikroskop probe adalah perpanjangan mata dan tangan manusia, serta kristalisasi kebijaksanaan manusia.
Prinsip kerja Scanning probe microscopy didasarkan pada berbagai sifat fisik dalam rentang mikroskopis atau mesoskopik. Interaksi antara keduanya dideteksi dengan memindai probe linier atom yang sangat halus di atas permukaan bahan yang dipelajari untuk memperoleh karakteristik permukaan bahan yang dipelajari. Perbedaan utama antara berbagai jenis SPM adalah karakteristik ujungnya dan cara kerja sampel ujung yang sesuai.
Prinsip kerjanya berasal dari prinsip tunneling dalam mekanika kuantum. Intinya adalah ujung jarum yang dapat memindai permukaan sampel dan memiliki tegangan bias tertentu antara itu dan sampel, dengan diameter skala atom. Karena probabilitas penerowongan elektron memiliki hubungan eksponensial negatif dengan lebar penghalang V (r), ketika jarak antara ujung dan sampel sangat dekat, penghalang di antara keduanya menjadi sangat tipis, dan awan elektron saling tumpang tindih. lainnya. Dengan menerapkan tegangan antara ujung dan sampel, elektron dapat ditransfer dari ujung ke sampel atau dari sampel ke ujung melalui efek terowongan, membentuk arus terowongan. Dengan mencatat perubahan arus terowongan antara ujung jarum dan sampel, informasi morfologi permukaan sampel dapat diperoleh.
Dibandingkan dengan teknik analisis permukaan lainnya, SPM memiliki keunggulan unik:
(1) Ia memiliki resolusi tinggi tingkat atom. Resolusi STM pada arah sejajar dan tegak lurus permukaan sampel masing-masing dapat mencapai 0.1nm dan 0.01nm, yang dapat membedakan atom individu.
(2) Gambar 3D waktu nyata dari permukaan di ruang nyata dapat diperoleh, yang dapat digunakan untuk mempelajari struktur permukaan dengan atau tanpa periodisitas. Kinerja yang dapat diamati ini dapat digunakan untuk mempelajari proses dinamis seperti difusi permukaan.
(3) Struktur permukaan lokal dari satu lapisan atom dapat diamati, bukan sifat rata-rata dari gambar individu atau keseluruhan permukaan, sehingga cacat permukaan, Rekonstruksi permukaan, bentuk dan posisi adsorben permukaan, dan Permukaan rekonstruksi yang disebabkan oleh adsorben dapat diamati secara langsung.
(4) Dapat bekerja di lingkungan yang berbeda seperti vakum, atmosfer, dan suhu ruangan, bahkan merendam sampel dalam air dan larutan lain tanpa memerlukan teknik persiapan sampel khusus, dan proses pendeteksian tidak merusak sampel. Karakteristik ini khususnya berlaku untuk studi sampel biologis dan evaluasi permukaan sampel dalam kondisi eksperimen yang berbeda, seperti pemantauan mekanisme katalisis heterogen, mekanisme superkonduktor, dan perubahan permukaan elektroda selama reaksi elektrokimia.
(5) Dengan bekerja sama dengan Scanning Tunneling Spectrcopy (STS), informasi tentang struktur elektronik permukaan dapat diperoleh, seperti kepadatan keadaan pada berbagai tingkat permukaan, sumur elektron permukaan, perubahan penghalang potensial permukaan, dan struktur celah energi.
