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、ミクロまたはメゾスコピック範囲のさまざまな物理的特性に基づいています。 対象物質の表面特性を得るために、極細の原子プローブで対象物質の表面を走査することにより、両者の相互作用を検出します。 さまざまなタイプの SPM の主な違いは、針先の特性と、対応する針先のサンプル相互作用方法です。
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、原子スケールの直径を持ち、サンプルの表面を走査することができ、サンプルとの間に特定のバイアス電圧を持つ針の先端です。 電子のトンネリング確率とポテンシャル障壁の幅 V (r) の間には負の指数関数的な関係があるため、チップとサンプル間の距離が非常に近い場合、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。 チップとサンプルの間に電圧を印加すると、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、試料の表面形態に関する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。 サンプル表面に平行な方向と垂直な方向の STM の分解能は、それぞれ 0.1nm と 0.01nm に達し、個々の原子を識別できます。
(2) 実空間の表面のリアルタイム 3D 画像を取得でき、周期性の有無にかかわらず表面構造の研究に使用できます。 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できます。 したがって、表面欠陥、表面再構成、表面吸着剤の形態と位置、吸着剤によって引き起こされる表面再構成を直接観察することができます。
(4) 真空、大気、室温などのさまざまな環境で動作し、特別なサンプル前処理技術を必要とせずにサンプルを水やその他の溶液に浸漬することもでき、検出プロセスによりサンプルが損傷することはありません。 これらの特性は、生体サンプルの研究や、多相触媒機構、超伝導機構、電気化学反応中の電極表面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) 走査トンネル分光法(STS)と連携することで、表面のさまざまな準位における状態密度、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得ることができます。
