ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบอุโมงค์
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบอุโมงค์ส่องกราด (STM) เป็นเครื่องมือชนิดหนึ่งที่ใช้เอฟเฟกต์การขุดอุโมงค์ในทฤษฎีควอนตัมเพื่อตรวจสอบโครงสร้างของพื้นผิวของสสาร โดยใช้เอฟเฟกต์อุโมงค์ควอนตัมของอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมเพื่อแปลงการจัดเรียงอะตอมบนพื้นผิวของสสาร ลงในข้อมูลรูปภาพ
การแนะนำ
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านมีประโยชน์ในการสังเกตโครงสร้างโดยรวมของสาร แต่การวิเคราะห์โครงสร้างพื้นผิวทำได้ยากกว่า เนื่องจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านประกอบด้วยกระแสไฟฟ้าพลังงานสูงที่ไหลผ่านตัวอย่างเพื่อให้ได้ข้อมูลซึ่งสะท้อนถึงข้อมูลภายในของสารตัวอย่าง แม้ว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) จะสามารถเปิดเผยสภาพพื้นผิวบางอย่างได้ แต่สิ่งที่เรียกว่า "พื้นผิว" ที่ถูกวิเคราะห์มักจะอยู่ที่ระดับความลึกที่แน่นอนเสมอ เนื่องจากอิเล็กตรอนที่ตกกระทบจะมีพลังงานจำนวนหนึ่งเสมอและทะลุเข้าไปด้านในของตัวอย่าง และอัตราการถักเปีย ยังมีข้อจำกัดมากอีกด้วย กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบปล่อยสนามแม่เหล็ก (FEM) และกล้องจุลทรรศน์ไอออนสนาม (FIM) สามารถใช้อย่างดีสำหรับการศึกษาพื้นผิว แต่ตัวอย่างจะต้องได้รับการจัดเตรียมเป็นพิเศษและสามารถวางบนปลายเข็มที่ละเอียดมากเท่านั้น และตัวอย่างจะต้องมี สามารถทนต่อสนามไฟฟ้าสูงซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งาน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบอุโมงค์ (STM) ทำงานบนหลักการที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ไม่ได้รับข้อมูลเกี่ยวกับวัสดุตัวอย่างโดยการกระทำของลำอิเล็กตรอนบนตัวอย่าง (เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านและแบบส่องกราด) และไม่ได้ศึกษาวัสดุตัวอย่างโดยการถ่ายภาพผ่านการก่อตัวของกระแสไฟฟ้าที่ปล่อยออกมา (เช่น อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากสนามไฟฟ้า) กล้องจุลทรรศน์) โดยการใช้สนามไฟฟ้าสูงที่ให้อิเล็กตรอนในตัวอย่างมีพลังงานมากกว่างานแยกส่วน แต่โดยการตรวจกระแสอุโมงค์บนพื้นผิวของตัวอย่างซึ่งสามารถนำไปใช้ในการถ่ายภาพพื้นผิวได้ โดยการตรวจจับกระแสไฟฟ้าในอุโมงค์บนพื้นผิวของตัวอย่างเพื่อถ่ายภาพ เพื่อศึกษาพื้นผิวของตัวอย่าง
หลักการ
กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกนเป็นกล้องจุลทรรศน์ชนิดใหม่ที่สามารถแยกแยะลักษณะทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวของของแข็งได้โดยการตรวจจับกระแสอุโมงค์ของอิเล็กตรอนในอะตอมบนพื้นผิวของของแข็งตามหลักการของเอฟเฟกต์การขุดอุโมงค์ในกลศาสตร์ควอนตัม
เนื่องจากผลกระทบจากอุโมงค์ของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนในโลหะจึงไม่ได้ถูกจำกัดไว้อย่างสมบูรณ์ภายในขอบเขตพื้นผิว กล่าวคือ ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนไม่ได้ลดลงจนเหลือศูนย์ในทันทีที่ขอบเขตพื้นผิว แต่จะสลายตัวแบบทวีคูณนอกพื้นผิว ความยาวการสลายตัวประมาณ 1 นาโนเมตร ซึ่งเป็นการวัดการหลบหนีของอิเล็กตรอนออกจากสิ่งกีดขวางศักย์ที่พื้นผิว หากโลหะสองชนิดอยู่ใกล้กัน เมฆอิเล็กตรอนของพวกมันอาจทับซ้อนกัน หากใช้แรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยระหว่างโลหะทั้งสอง ก็จะสามารถสังเกตกระแส (เรียกว่ากระแสอุโมงค์) ระหว่างโลหะทั้งสองได้
