走査型プローブ顕微鏡の独自の利点

走査型プローブ顕微鏡の独自の利点

走査型プローブ顕微鏡の動作原理は、微視的またはメゾスコピックな範囲のさまざまな物理的特性に基づいており、原子レベルの薄いプローブで研究対象の物質の表面を走査するときに、両者間の相互作用を検出して、To を取得します。物質の表面特性を研究する場合、さまざまなタイプの SPM の主な違いは、チップの特性と、チップがサンプルと相互作用する対応する方法です。

動作原理は量子力学のトンネル原理に由来しています。 そのコアは、試料の表面を走査できる針先であり、試料に対して一定のバイアス電圧を持ち、原子スケールの直径を持っています。 電子のトンネリング確率はポテンシャル障壁の幅 V(r) と負の指数関数的な関係にあるため、チップとサンプル間の距離が非常に近い場合、それらの間のポテンシャル障壁は非常に薄くなり、電子雲が重なり合います。お互い。 電圧が印加されると、トンネル効果によって電子がチップからサンプルへ、またはサンプルからチップへ移動し、トンネル電流が形成されます。 針先と試料間のトンネル電流の変化を記録することで、試料の表面形状の情報を得ることができます。

他の表面解析手法と比較して、SPM には次のような独自の利点があります。

(1) 原子レベルの高い分解能を持っています。 STM の分解能は、試料表面に平行な方向と垂直な方向でそれぞれ 0.1nm と 0.01nm に達し、単一原子を分解できます。

(2) 実空間の表面の三次元画像をリアルタイムに取得でき、周期的または非周期的な表面構造の研究に利用できます。 この観察可能なパフォーマンスは、表面拡散などの動的プロセスの研究に使用できます。

(3) 個々の画像や表面全体の平均的な特性ではなく、単一原子層の局所的な表面構造を観察することができるため、表面欠陥、表面再構築、表面吸着剤の形態と位置、吸着剤による変化を直接観察できます。 表面再構成など

(4) 特別なサンプル前処理技術を必要とせず、真空、大気、常温などのさまざまな環境で動作し、サンプルを水やその他の溶液に浸漬しても、検出プロセスでサンプルを損傷することはありません。 これらの機能は、生体サンプルの研究や、不均一触媒機構、超伝導機構、電気化学反応中の電極表面の変化のモニタリングなど、さまざまな実験条件下でのサンプル表面の評価に特に適しています。

(5) STS (走査型トンネル分光法) と連携することで、表面のさまざまなレベルでの状態密度、表面電子井戸、表面ポテンシャル障壁の変化、エネルギーギャップ構造など、表面電子構造に関する情報を取得できます。