ประโยชน์ของการสแกนกล้องจุลทรรศน์โพรบที่พิเศษ
ข้อดีเฉพาะของคำนำกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน:
เมื่อประวัติศาสตร์พัฒนาไปจนถึงทศวรรษ 1980 เครื่องมือวิเคราะห์พื้นผิวรูปแบบใหม่ที่ใช้หลักฟิสิกส์และบูรณาการเทคโนโลยีสมัยใหม่ที่หลากหลาย - กล้องจุลทรรศน์แบบโพรบสแกน (STM) ได้ถือกำเนิดขึ้น STM ไม่เพียงแต่มีความละเอียดเชิงพื้นที่ที่สูงมาก (สูงถึง O.1nm ในทิศทางแนวนอน ดีกว่า O.01nm ในทิศทางแนวตั้ง) แต่ยังสามารถสังเกตโครงสร้างอะตอมของพื้นผิววัสดุได้โดยตรง และยังสามารถจัดการอะตอมและ โมเลกุล ดังนั้นเจตจำนงส่วนตัวของมนุษย์จึงถูกกำหนดต่อธรรมชาติ อาจกล่าวได้ว่ากล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกนเป็นการต่อขยายของดวงตาและมือของมนุษย์ และการตกผลึกของภูมิปัญญาของมนุษย์
หลักการทำงานของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะทางกายภาพต่าง ๆ ในช่วงกล้องจุลทรรศน์หรือกล้องจุลทรรศน์และตรวจจับการทำงานร่วมกันระหว่างทั้งสองเมื่อสแกนพื้นผิวของสารที่จะศึกษาด้วยโพรบแบบบางที่มีอะตอมมิกเพื่อให้ได้ค่า To ศึกษาคุณสมบัติพื้นผิวของสสาร ความแตกต่างหลักระหว่าง SPM ประเภทต่างๆ ก็คือคุณสมบัติของส่วนปลายและลักษณะที่ปลายมีปฏิกิริยากับตัวอย่างที่สอดคล้องกัน
หลักการทำงานมาจากหลักการขุดอุโมงค์ในกลศาสตร์ควอนตัม แกนกลางของมันคือปลายเข็มที่สามารถสแกนบนพื้นผิวของตัวอย่าง มีแรงดันไบแอสที่แน่นอนกับตัวอย่าง และมีเส้นผ่านศูนย์กลางระดับอะตอม เนื่องจากความน่าจะเป็นของการขุดอุโมงค์อิเล็กตรอนมีความสัมพันธ์แบบเอ็กซ์โปเนนเชียลเป็นลบกับความกว้างของแนวกั้นที่อาจเกิดขึ้น V(r) เมื่อระยะห่างระหว่างส่วนปลายและตัวอย่างอยู่ใกล้กันมาก สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นระหว่างทั้งสองจะบางมาก และเมฆอิเล็กตรอนจะทับซ้อนกัน กันและกัน. เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า อิเล็กตรอนสามารถถ่ายโอนจากปลายไปยังตัวอย่าง หรือจากตัวอย่างไปยังปลายผ่านเอฟเฟกต์อุโมงค์ ทำให้เกิดกระแสอุโมงค์ ด้วยการบันทึกการเปลี่ยนแปลงของกระแสน้ำในอุโมงค์ระหว่างปลายเข็มและตัวอย่าง ทำให้สามารถรับข้อมูลภูมิประเทศของพื้นผิวของตัวอย่างได้
เมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคการวิเคราะห์พื้นผิวอื่นๆ SPM มีข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร:
(1) มีความละเอียดสูงระดับอะตอม ความละเอียดของ STM ในทิศทางขนานและตั้งฉากกับพื้นผิวตัวอย่างสามารถเข้าถึง 0.1nm และ 0.01nm ตามลำดับ และสามารถแก้ไขอะตอมเดี่ยวได้
(2) ภาพสามมิติของพื้นผิวในอวกาศจริงสามารถรับได้แบบเรียลไทม์ ซึ่งสามารถใช้สำหรับการศึกษาโครงสร้างพื้นผิวแบบคาบหรือไม่เป็นคาบ ประสิทธิภาพที่สังเกตได้นี้สามารถใช้สำหรับการศึกษากระบวนการไดนามิก เช่น การแพร่กระจายของพื้นผิว
(3) มีความเป็นไปได้ที่จะสังเกตโครงสร้างพื้นผิวเฉพาะที่ของชั้นอะตอมเดี่ยว แทนที่จะสังเกตแต่ละภาพหรือคุณสมบัติโดยเฉลี่ยของพื้นผิวทั้งหมด เพื่อให้ข้อบกพร่องของพื้นผิว การสร้างพื้นผิวใหม่ สัณฐานวิทยาและตำแหน่งของตัวดูดซับที่พื้นผิว และ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากตัวดูดซับสามารถสังเกตได้โดยตรง การสร้างพื้นผิวใหม่ ฯลฯ
(4) สามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน เช่น สุญญากาศ บรรยากาศ และอุณหภูมิปกติ และแม้แต่จุ่มตัวอย่างลงในน้ำและสารละลายอื่นๆ โดยไม่ต้องใช้เทคโนโลยีการเตรียมตัวอย่างแบบพิเศษ และกระบวนการตรวจจับจะไม่สร้างความเสียหายให้กับตัวอย่าง คุณสมบัติเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาตัวอย่างทางชีววิทยาและการประเมินพื้นผิวตัวอย่างภายใต้เงื่อนไขการทดลองที่แตกต่างกัน เช่น การตรวจสอบกลไกการเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน กลไกของตัวนำยิ่งยวด และการเปลี่ยนแปลงพื้นผิวของอิเล็กโทรดในระหว่างปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า
(5) การร่วมมือกับ STS (Scanning Tunneling Spectroscopy) สามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของพื้นผิวได้ เช่น ความหนาแน่นของสถานะในระดับต่างๆ ของพื้นผิว หลุมอิเล็กตรอนที่พื้นผิว การเปลี่ยนแปลงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นที่พื้นผิว และโครงสร้างช่องว่างพลังงาน
