Keuntungan unik dari pemindaian mikroskop probe
Ketika sejarah berkembang hingga tahun 1980-an, lahirlah mikroskop probe pemindai instrumen analisis permukaan (STM) baru, yang didasarkan pada fisika dan terintegrasi dengan banyak teknologi modern. STM tidak hanya memiliki resolusi spasial yang tinggi (hingga O.1nm dalam arah horizontal, tetapi lebih baik dari O.01nm dalam arah vertikal), STM dapat secara langsung mengamati struktur atom pada permukaan materi, tetapi juga memanipulasi atom dan molekul, sehingga memaksakan kehendak subyektif manusia pada alam. Dapat dikatakan bahwa mikroskop probe pemindai adalah perpanjangan mata dan tangan manusia serta kristalisasi kebijaksanaan manusia.
Prinsip kerja pemindaian mikroskop probe didasarkan pada berbagai sifat fisik dalam rentang mikroskopis atau mesoskopik, dan interaksi di antara keduanya dideteksi dengan memindai probe ultra-halus dengan linearitas atom di atas permukaan zat yang diteliti, sehingga diperoleh permukaannya. karakteristik zat yang dipelajari. Perbedaan utama antara berbagai jenis SPM terletak pada karakteristik ujung jarumnya dan mode interaksi sampel ujung jarum yang sesuai.
Prinsip kerjanya berasal dari prinsip tunneling dalam mekanika kuantum. Intinya berupa ujung jarum yang dapat memindai permukaan sampel, memiliki tegangan bias tertentu dengan sampel, dan diameternya berskala atom. Karena probabilitas penerowongan elektron memiliki hubungan eksponensial negatif dengan lebar penghalang V(r), ketika jarak antara ujung jarum dan sampel sangat dekat, penghalang di antara keduanya menjadi sangat tipis, dan awan elektron saling tumpang tindih. lainnya. Ketika tegangan diterapkan antara ujung jarum dan sampel, elektron dapat ditransfer dari ujung jarum ke sampel atau dari sampel ke ujung jarum melalui efek terowongan, membentuk arus terowongan. Dengan mencatat perubahan arus terowongan antara ujung jarum dan sampel, dapat diperoleh informasi morfologi permukaan sampel.
Dibandingkan dengan teknologi analisis permukaan lainnya, SPM memiliki keunggulan unik:
(1) Ia memiliki resolusi tinggi pada tingkat atom. Resolusi STM pada arah sejajar dan tegak lurus permukaan sampel masing-masing dapat mencapai 0.1nm dan 0.01nm, sehingga satu atom dapat dibedakan.
(2) Gambar tiga dimensi permukaan dalam ruang nyata dapat diperoleh secara real time, yang dapat digunakan untuk mempelajari struktur permukaan dengan atau tanpa periodisitas, dan kemampuan observasi ini dapat digunakan untuk mempelajari proses dinamis seperti difusi permukaan. .
(3) Struktur permukaan lokal dari satu lapisan atom dapat diamati alih-alih sifat rata-rata dari suatu gambar individu atau keseluruhan permukaan, sehingga cacat permukaan, rekonstruksi permukaan, bentuk dan posisi adsorben permukaan, dan rekonstruksi permukaan yang disebabkan oleh adsorben dapat diamati secara langsung.
(4) Dapat bekerja di lingkungan yang berbeda seperti vakum, atmosfer, suhu normal, dll., dan bahkan sampel dapat direndam dalam air dan larutan lainnya, tanpa teknologi persiapan sampel khusus, dan proses pendeteksian tidak merusak sampel. . Karakteristik ini sangat cocok untuk mempelajari sampel biologis dan mengevaluasi permukaan sampel dalam kondisi eksperimen yang berbeda, seperti mekanisme katalitik heterogen, mekanisme superkonduktor, memantau perubahan permukaan elektroda selama reaksi elektrokimia, dan sebagainya.
(5) Dengan pemindaian spektroskopi terowongan (STS), informasi tentang struktur elektronik permukaan dapat diperoleh, seperti kepadatan keadaan pada berbagai tingkat permukaan, perangkap elektron permukaan, perubahan penghalang permukaan, dan struktur celah energi. .
