מאפיינים של מיקרוסקופ בדיקה סורק
כאשר ההיסטוריה התפתחה עד שנות ה-80, נולד סוג חדש של מכשיר לניתוח פני שטח, Scanning Probe Microscopy (STM), המבוסס על פיזיקה ושילוב טכנולוגיות מודרניות שונות. ל-STM יש לא רק רזולוציה מרחבית גבוהה (עד O.1nm אופקית וטובה מ-O.01nm אנכית), הוא יכול לצפות ישירות במבנה האטומי של משטחי חומר, אלא גם לתפעל אטומים ומולקולות, ובכך לכפות רצון סובייקטיבי אנושי על הטבע. ניתן לומר שמיקרוסקופ בדיקה סריקה היא הרחבה של עיניים וידיים אנושיות, והתגבשות החוכמה האנושית.
עקרון העבודה של מיקרוסקופ סריקה מבוסס על תכונות פיזיקליות שונות בתחום המיקרוסקופי או המזוסקופי. האינטראקציה בין השניים מזוהה על ידי סריקת הגשושית הליניארית האטומית העדינה ביותר מעל פני השטח של החומר הנחקר כדי לקבל את מאפייני פני השטח של החומר הנחקר. ההבדל העיקרי בין סוגים שונים של SPMs הוא מאפייני הקצה שלהם ודרך הפעולה המקבילה של דגימות קצה.
עקרון העבודה מגיע מעיקרון המנהור במכניקת הקוונטים. הליבה שלו היא קצה מחט שיכול לסרוק על פני הדגימה ויש לו מתח הטיה מסוים בינו לבין הדגימה, בקוטר בקנה מידה אטומי. מכיוון שלסבירות למנהור אלקטרונים יש קשר אקספוננציאלי שלילי עם רוחב המחסום V (r), כאשר המרחק בין הקצה למדגם קרוב מאוד, המחסום ביניהם הופך דק מאוד, וענן האלקטרונים חופף לכל אחד מהם. אַחֵר. הפעלת מתח בין הקצה לדגימה, ניתן להעביר אלקטרונים מהקצה לדגימה או מהדגימה לקצה באמצעות אפקט המנהור, ויוצרים זרם מנהרה. על ידי רישום השינויים בזרם המנהרה בין קצה המחט למדגם, ניתן לקבל מידע על מורפולוגיה פני השטח של המדגם.
בהשוואה לטכניקות ניתוח פני שטח אחרות, ל-SPM יש יתרונות ייחודיים:
(1) יש לו רזולוציה גבוהה ברמה אטומית. הרזולוציה של STM בכיוון המקביל והמאונך למשטח המדגם יכולה להגיע ל-0.1nm ו-0.01nm, בהתאמה, מה שיכול להבחין בין אטומים בודדים.
(2) ניתן לקבל תמונות תלת-ממדיות בזמן אמת של משטחים במרחב אמיתי, אשר ניתן להשתמש בהן ללימוד מבני משטח עם או בלי מחזוריות. ניתן להשתמש בביצועים הניתנים לצפייה ללימוד תהליכים דינמיים כגון דיפוזיה פני השטח.
(3) ניתן להבחין במבנה פני השטח המקומי של שכבה אטומית אחת, במקום במאפיינים הממוצעים של התמונה הבודדת או של המשטח כולו, כך שפגמי פני השטח, שחזור פני השטח, הצורה והמיקום של סופחי פני השטח והמשטח. ניתן לצפות ישירות בשחזור שנגרם על ידי הסופחים.
(4) הוא יכול לעבוד בסביבות שונות כגון ואקום, אטמוספרה וטמפרטורת החדר, ואף לטבול את הדגימה במים ובתמיסות אחרות ללא צורך בטכניקות הכנת דגימה מיוחדות, ותהליך הגילוי אינו פוגע בדגימה. מאפיינים אלה ישימים במיוחד לחקר דגימות ביולוגיות והערכת משטחי דגימה בתנאי ניסוי שונים, כגון ניטור מנגנון קטליזה הטרוגנית, מנגנון מוליך-על ושינויי פני האלקטרודה במהלך תגובה אלקטרוכימית.
(5) על ידי שיתוף פעולה עם Scanning Tunneling Spectroscopy (STS), ניתן לקבל מידע על מבנים אלקטרוניים על פני השטח, כגון צפיפות המצבים ברמות שונות של פני השטח, בארות אלקטרונים על פני השטח, שינויים במחסומי פוטנציאל פני השטח ומבני פערי אנרגיה.
