Карактеристике микроскопије скенирајуће сонде
Када се историја развила до 1980-их, рођена је нова врста инструмента за површинску анализу, микроскопија скенирајуће сонде (СТМ), заснована на физици и интегришући различите модерне технологије. СТМ не само да има високу просторну резолуцију (до О.1нм хоризонтално и бољу од О.01нм вертикално), он може директно да посматра атомску структуру материјалних површина, већ и манипулише атомима и молекулима, намећући на тај начин људску субјективну вољу природи. Може се рећи да је микроскопија скенирајуће сонде продужетак људских очију и руку и кристализација људске мудрости.
Принцип рада микроскопије скенирајуће сонде заснива се на различитим физичким својствима у микроскопском или мезоскопском опсегу. Интеракција између њих се детектује скенирањем атомске линеарне изузетно фине сонде изнад површине проучаваног материјала да би се добиле површинске карактеристике проучаваног материјала. Главна разлика између различитих типова СПМ-а је њихова карактеристика врха и одговарајући начин деловања узорака врхова.
Принцип рада потиче од принципа тунелирања у квантној механици. Његово језгро је врх игле који може да скенира површину узорка и има одређени напон између себе и узорка, са пречником атомске скале. Пошто вероватноћа тунелирања електрона има негативну експоненцијалну везу са ширином баријере В (р), када је растојање између врха и узорка веома близу, баријера између њих постаје веома танка, а електронски облак се преклапа са сваким друго. Применом напона између врха и узорка, електрони се могу пренети са врха на узорак или са узорка на врх кроз ефекат тунелирања, формирајући тунелску струју. Снимањем промена тунелске струје између врха игле и узорка, могу се добити информације о морфологији површине узорка.
У поређењу са другим техникама површинске анализе, СПМ има јединствене предности:
(1) Има атомски ниво високе резолуције. Резолуција СТМ-а у правцу паралелном и управном на површину узорка може да достигне 0.1нм и 0.01нм, респективно, што може да разликује појединачне атоме.
(2) Могу се добити 3Д слике површина у реалном простору у реалном времену које се могу користити за проучавање површинских структура са или без периодичности. Ова видљива перформанса се може користити за проучавање динамичких процеса као што је површинска дифузија.
(3) Може се посматрати локална површинска структура једног атомског слоја, а не просечна својства појединачне слике или целе површине, тако да површински дефекти, реконструкција површине, облик и положај површинских адсорбената и површина може се директно посматрати реконструкција изазвана адсорбентима.
(4) Може радити у различитим окружењима као што су вакуум, атмосфера и собна температура, па чак и потопити узорак у воду и друга рјешења без потребе за посебним техникама припреме узорка, а процес детекције не оштећује узорак. Ове карактеристике су посебно применљиве на проучавање биолошких узорака и процену површина узорака у различитим експерименталним условима, као што је праћење механизма хетерогене катализе, суправодљивог механизма и промена површине електрода током електрохемијске реакције.
(5) Сарадњом са Сцаннинг Туннелинг Спецтросцопи (СТС) могу се добити информације о површинским електронским структурама, као што су густина стања на различитим нивоима површине, површински електронски бунари, промене површинских потенцијалних баријера и структуре енергетског јаза.
