Johdatus pyyhkäisytunnelointielektronimikroskooppiin
Pyyhkäisevä tunnelointielektronimikroskooppi (STM) on eräänlainen instrumentti, joka käyttää kvanttiteorian tunnelointivaikutusta aineen pinnan rakenteen tutkimiseen käyttämällä elektronien kvanttitunnelointivaikutusta atomien välillä muuttamaan atomien sijoittelua aineen pinnalla. kuvatietoihin.
Johdanto
Transmissioelektronimikroskooppi on hyödyllinen aineen kokonaisrakenteen havainnointiin, mutta pintarakenteen analysointi on vaikeampaa. Tämä johtuu siitä, että transmissioelektronimikroskooppi koostuu korkeaenergisesta sähköstä, joka kulkee näytteen läpi saadakseen tietoa, joka heijastaa näyteaineen sisäistä tietoa. Vaikka pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) voidaan paljastaa tietyt pintaolosuhteet, niin sanottu "pinta" analysoidaan aina tietyllä syvyydellä, koska saapuvilla elektroneilla on aina tietty määrä energiaa ja ne tunkeutuvat näytteen sisäosaan, ja punosnopeus. on myös hyvin rajallinen. Field Emission Electron Microscopy (FEM) ja Field Ion Microscopy (FIM) ovat hyvin käyttökelpoisia pintatutkimuksissa, mutta näytteet on valmistettava erityisesti ja ne voidaan asettaa vain erittäin hienon neulan kärkeen, ja näytteet on pystyy kestämään suurta sähkökenttää, mikä rajoittaa sen käyttöaluetta.
Pyyhkäisevä tunnelointielektronimikroskooppi (STM) toimii täysin eri periaatteella. Se ei saa tietoa näytemateriaalista elektronisuihkun vaikutuksesta näytteeseen (esim. transmissio- ja pyyhkäisyelektronimikroskoopit), eikä se tutki näytemateriaalia kuvaamalla sitä emittoituneen virran muodostamisen kautta (esim. kenttäemissioelektroni). mikroskoopit) suurella sähkökentällä, joka antaa näytteessä oleville elektroneille enemmän energiaa kuin irrotustyö, mutta luotamalla näytteen pinnalle tunnelointivirtaa, jota voidaan käyttää pinnan kuvaamiseen. Se on havaitsemalla tunnelointivirta näytteen pinnalla kuvaan, jotta voidaan tutkia näytteen pintaa.
Periaate
Pyyhkäisytunnelointimikroskooppi on uudenlainen mikroskooppi, joka pystyy erottamaan kiinteän aineen pinnan morfologian havaitsemalla elektronien tunnelointivirrat kiintoaineen pinnalla olevissa atomeissa kvanttimekaniikan tunnelointivaikutuksen periaatteen mukaisesti.
Elektronien tunnelointivaikutuksesta johtuen metallissa olevat elektronit eivät rajoitu täysin pintarajaan, eli elektronien tiheys ei yhtäkkiä putoa nollaan pinnan rajalla, vaan vaimenee eksponentiaalisesti pinnan ulkopuolella; vaimenemispituus on noin 1 nm, mikä on pintapotentiaaliesteestä poistuvan elektronin mitta. Jos kaksi metallia ovat lähellä toisiaan, niiden elektronipilvet voivat mennä päällekkäin; jos kahden metallin väliin syötetään pieni jännite, niiden välillä voidaan havaita virta (kutsutaan tunnelointivirraksi).
