Pyyhkäisyanturimikroskooppien ainutlaatuiset edut
Pyyhkäisyanturimikroskoopin toimintaperiaate perustuu erilaisiin fysikaalisiin ominaisuuksiin mikroskooppisella tai mesoskooppisella alueella. Näiden kahden välinen vuorovaikutus havaitaan skannaamalla tutkittavan aineen pinnan yläpuolella olevaa ultrahienoa atomilinjojen koetinta, jotta saadaan tulokset näiden kahden välisestä vuorovaikutuksesta. Aineen pintaominaisuuksien tutkimiseksi tärkein ero erityyppisten SPM:ien välillä on niiden kärjen ominaisuudet ja niitä vastaava tapa kärki-näyte vuorovaikutuksessa.
Toimintaperiaate tulee kvanttimekaniikan tunnelin läpäisyperiaatteesta. Sen ydin on kärki, joka pystyy skannaamaan näytteen pintaa ja jolla on tietty bias-jännite sen ja näytteen välillä. Sen halkaisija on atomiasteikolla. Koska elektronien tunneloitumisen todennäköisyydellä on negatiivinen eksponentiaalinen suhde potentiaaliesteen V(r) leveyteen, kun kärjen ja näytteen välinen etäisyys on hyvin lähellä, potentiaaliesteestä tulee hyvin ohut ja elektronipilvet menevät päällekkäin. Kun jännitettä käytetään, elektroneja voidaan siirtää kärjestä näytteeseen tai näytteestä kärkeen tunneliefektin kautta muodostaen tunnelivirran. Tallentamalla tunnelointivirran muutokset kärjen ja näytteen välillä voidaan saada tietoa näytteen pinnan morfologiasta.
Muihin pinta-analyysitekniikoihin verrattuna SPM:llä on ainutlaatuisia etuja:
(1) Siinä on atomitason korkea resoluutio. STM:n resoluutio näytteen pinnan suuntaisissa ja kohtisuorassa suunnissa voi olla 0,1 nm ja 0,01 nm, vastaavasti, ja yksittäiset atomit voidaan erottaa.
(2) Pinnan kolmiulotteinen kuva todellisessa avaruudessa voidaan saada reaaliajassa, jonka avulla voidaan tutkia pintarakenteita jaksollisuudella tai ilman. Tätä havaittavaa suorituskykyä voidaan käyttää dynaamisten prosessien, kuten pinnan diffuusion, tutkimiseen.
(3) Yksittäisen atomikerroksen paikallinen pintarakenne voidaan havaita, ei yksittäistä kuvaa tai koko pinnan keskimääräisiä ominaisuuksia. Siten pintavirheet, pinnan rekonstruktio, pintaadsorboituneiden kappaleiden muoto ja sijainti sekä adsorboituneiden kappaleiden aiheuttamat vaikutukset voidaan suoraan havaita. Pintaremontti yms.
(4) Se voi toimia erilaisissa ympäristöissä, kuten tyhjiössä, ilmakehässä ja normaalissa lämpötilassa, ja voi jopa upottaa näytteitä veteen ja muihin liuoksiin. Mitään erityistä näytteenkäsittelytekniikkaa ei tarvita, eikä tunnistusprosessi vahingoita näytteitä. Nämä ominaisuudet sopivat erityisen hyvin biologisten näytteiden tutkimiseen ja näytepintojen arviointiin erilaisissa koeolosuhteissa, kuten heterogeenisten katalyyttisten mekanismien, suprajohtavien mekanismien ja elektrodin pinnan muutosten seurantaan sähkökemiallisten reaktioiden aikana.
(5) Pyyhkäisytunnelointispektroskopian (STS) avulla voidaan saada tietoa pinnan elektronirakenteesta, kuten pinnan eri tasojen tilojen tiheydestä, pinnan elektroniloukuista, pinnan potentiaaliesteiden muutoksista ja energiarakorakenteista. .
