스캐닝 프로브 현미경의 고유한 장점
역사가 1980년대로 발전하면서 물리학을 기반으로 하고 많은 현대 기술이 통합된 새로운 표면 분석 기기 주사 탐침 현미경(STM)이 탄생했습니다. STM은 높은 공간 분해능(수평 방향으로 최대 0.1nm, 수직 방향으로 0.01nm 이상)을 가질 뿐만 아니라 물질 표면의 원자 구조를 직접 관찰할 수 있을 뿐만 아니라 원자와 분자를 조작할 수도 있습니다. 인간의 주관적인 의지를 자연에 강요하는 것. 주사탐침현미경은 인간의 눈과 손의 확장이자 인간 지혜의 결정체라고 할 수 있다.
스캐닝 프로브 현미경의 작동 원리는 미시적 또는 메조스코픽 범위의 다양한 물리적 특성을 기반으로 하며, 연구 대상 물질의 표면 위에 원자 선형성을 갖는 초미세 프로브를 스캐닝하여 이들 사이의 상호 작용을 감지하여 표면을 얻습니다. 연구된 물질의 특성. 다양한 유형의 SPM 간의 주요 차이점은 바늘 끝 특성과 바늘 끝 샘플의 해당 상호 작용 모드에 있습니다.
작동 원리는 양자 역학의 터널링 원리에서 비롯됩니다. 코어는 샘플 표면을 스캔할 수 있는 바늘 끝으로, 샘플과 특정 바이어스 전압을 가지며 직경은 원자 규모입니다. 전자 터널링의 확률은 장벽의 폭 V(r)과 음의 지수 관계를 갖기 때문에 바늘 끝과 시료 사이의 거리가 매우 가까우면 그 사이의 장벽이 매우 얇아지고 전자 구름이 서로 겹쳐집니다. 다른. 바늘 끝과 시료 사이에 전압을 가하면 터널링 효과에 의해 바늘 끝에서 시료로, 또는 시료에서 바늘 끝으로 전자가 전달되어 터널링 전류가 형성될 수 있습니다. 바늘 끝과 시료 사이의 터널 전류 변화를 기록함으로써 시료 표면 형태에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
다른 표면 분석 기술과 비교하여 SPM에는 다음과 같은 고유한 장점이 있습니다.
(1) 원자 수준에서 고해상도를 갖는다. 시료 표면에 평행한 방향과 수직한 방향의 STM 분해능은 각각 0.1nm와 0.01nm에 도달하여 단일 원자를 구별할 수 있습니다.
(2) 실제 공간 표면의 3차원 영상을 실시간으로 얻을 수 있어 주기성이 있거나 없는 표면 구조를 연구하는 데 활용할 수 있으며, 이러한 관찰성은 표면 확산과 같은 동적 과정을 연구하는 데 사용할 수 있다. .
(3) 개별 이미지나 전체 표면의 평균 성질이 아닌 단일 원자층의 국부적인 표면 구조를 관찰할 수 있으므로 표면 결함, 표면 재구성, 표면 흡착제의 형태와 위치, 흡착제로 인한 표면 재구성 등이 가능하다. 직접적으로 관찰할 수 있습니다.
(4) 진공, 대기, 상온 등 다양한 환경에서 작동 가능하며, 특별한 시료 전처리 기술 없이도 시료를 물이나 기타 용액에 담글 수 있으며 검출 과정에서 시료에 손상이 없습니다. . 이러한 특성은 생물학적 샘플을 연구하고 이종 촉매 메커니즘, 초전도 메커니즘, 전기 화학 반응 중 전극 표면 변화 모니터링 등과 같은 다양한 실험 조건에서 샘플 표면을 평가하는 데 특히 적합합니다.
(5) 주사 터널링 분광법(STS)을 사용하면 표면의 다양한 수준에서의 상태 밀도, 표면 전자 트랩, 표면 장벽의 변화 및 에너지 갭 구조와 같은 표면 전자 구조에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. .
