스캐닝 프로브 현미경의 고유한 장점

스캐닝 프로브 현미경의 고유한 장점

스캐닝 프로브 현미경의 작동 원리는 현미경 또는 메조스코픽 범위의 다양한 물리적 특성을 기반으로 합니다. 둘 사이의 상호 작용 결과를 얻기 위해 연구 대상 물질 표면 위의 원자선으로 구성된 초미세 탐침을 스캔하여 둘 사이의 상호 작용을 감지합니다. 물질의 표면 특성을 연구하기 위해 다양한 유형의 SPM 간의 주요 차이점은 팁 특성과 해당 팁-샘플 상호 작용 방식입니다.

작동 원리는 양자 역학의 터널 관통 원리에서 비롯됩니다. 코어는 샘플 표면을 스캔할 수 있는 팁이며 샘플과 샘플 사이에 특정 바이어스 전압이 있습니다. 그 직경은 원자 규모입니다. 전자 터널링이 발생할 확률은 전위 장벽의 폭 V(r)과 음의 지수 관계를 가지므로 팁과 시료 사이의 거리가 매우 가까울수록 전위 장벽이 매우 얇아지고 전자 구름이 서로 겹쳐집니다. 전압을 가하면 터널 효과에 의해 전자가 팁에서 샘플로, 또는 샘플에서 팁으로 이동하여 터널 전류를 형성할 수 있습니다. 팁과 샘플 사이의 터널링 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 0.1nm 및 0.01nm에 도달할 수 있으며 단일 원자를 분해할 수 있습니다.

(2) 실제 공간 표면의 3차원 영상을 실시간으로 얻을 수 있어 주기성이 있거나 없는 표면구조를 연구하는데 활용될 수 있다. 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 흡착체의 형상 및 위치, 흡착체에 의한 영향을 직접 관찰할 수 있습니다. 표면 재구성 등

(4) 진공, 대기, 상온 등 다양한 환경에서 작동할 수 있으며 샘플을 물 및 기타 용액에 담글 수도 있습니다. 특별한 시료 준비 기술이 필요하지 않으며 검출 과정에서 시료가 손상되지 않습니다. 이러한 기능은 이종 촉매 메커니즘, 초전도 메커니즘 및 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 연계하여 표면의 다양한 준위에서의 상태 밀도, 표면 전자 트랩, 표면 전위 장벽의 변화, 에너지 갭 구조 등 표면 전자 구조에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. .