스캐닝 프로브 현미경의 고유한 장점
스캐닝 프로브 현미경의 작동 원리는 미시적 또는 메소스코픽 범위의 다양한 물리적 특성을 기반으로 합니다. 연구 물질의 표면 특성을 얻기 위해 매우 미세한 원자 탐침으로 연구 물질의 표면을 스캐닝하여 둘 사이의 상호 작용을 감지합니다. 다양한 유형의 SPM 간의 주요 차이점은 바늘 끝 특성과 해당 바늘 끝 샘플 상호 작용 방법입니다.
작동 원리는 양자 역학의 터널링 원리에서 비롯됩니다. 코어는 샘플 표면을 스캔할 수 있는 바늘 끝으로, 샘플과 샘플 사이에 원자 규모의 직경으로 특정 바이어스 전압이 있습니다. 전자 터널링 확률과 전위 장벽 폭 V(r) 사이의 음의 지수 관계로 인해 팁과 시료 사이의 거리가 매우 가까울수록 전위 장벽이 매우 얇아지고 전자 구름이 서로. 팁과 샘플 사이에 전압을 가하면 터널링 효과를 통해 전자가 팁에서 샘플로 또는 샘플에서 팁으로 이동하여 터널링 전류를 형성할 수 있습니다. 바늘 끝과 샘플 사이의 터널 전류 변화를 기록함으로써 샘플의 표면 형태에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
다른 표면 분석 기술과 비교하여 SPM에는 다음과 같은 고유한 장점이 있습니다.
(1) 원자 수준의 고해상도를 갖는다. 샘플 표면에 평행한 방향과 수직한 방향에서 STM의 분해능은 각각 0.1nm와 0.01nm에 도달하여 개별 원자를 구별할 수 있습니다.
(2) 실제 공간의 표면에 대한 실시간 3D 이미지를 얻을 수 있으며, 이는 주기성이 있거나 없는 표면 구조를 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 관찰 가능한 성능은 표면 확산과 같은 동적 프로세스를 연구하는 데 사용될 수 있습니다.
(3) 개별 이미지나 전체 표면의 평균 특성이 아닌 단일 원자층의 국부적인 표면 구조를 관찰할 수 있습니다. 따라서 표면 결함, 표면 재구성, 표면 흡착제의 형태 및 위치, 흡착제로 인한 표면 재구성을 직접 관찰할 수 있습니다.
(4) 진공, 대기, 실온 등 다양한 환경에서 작동할 수 있으며, 특별한 시료 준비 기술 없이도 시료를 물 및 기타 용액에 담글 수 있으며 검출 과정에서 시료가 손상되지 않습니다. 이러한 특성은 다상 촉매 메커니즘, 초전도 메커니즘, 전기화학 반응 중 전극 표면 변화 모니터링과 같은 다양한 실험 조건에서 생물학적 샘플을 연구하고 샘플 표면을 평가하는 데 특히 적합합니다.
(5) STS(Scanning Tunneling Spectroscopy)와 협력하여 표면의 다양한 수준에서의 상태 밀도, 표면 전자 우물, 표면 전위 장벽의 변화, 에너지 갭 구조와 같은 표면 전자 구조에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
