ข้อดีเฉพาะของกล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกน
เมื่อประวัติศาสตร์พัฒนาไปจนถึงทศวรรษ 1980 กล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนด้วยเครื่องมือวิเคราะห์พื้นผิว (STM) ใหม่ถือกำเนิดขึ้น ซึ่งมีพื้นฐานทางฟิสิกส์และบูรณาการเข้ากับเทคโนโลยีสมัยใหม่มากมาย STM ไม่เพียงแต่มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูง (สูงถึง O.1nm ในทิศทางแนวนอน แต่ดีกว่า O.01nm ในทิศทางแนวตั้ง) ยังสามารถสังเกตโครงสร้างอะตอมบนพื้นผิวของสสารได้โดยตรง แต่ยังควบคุมอะตอมและโมเลกุลด้วย ดังนั้น การกำหนดเจตจำนงส่วนตัวของมนุษย์ต่อธรรมชาติ อาจกล่าวได้ว่ากล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกนเป็นการต่อขยายของดวงตาและมือของมนุษย์ และการตกผลึกของภูมิปัญญาของมนุษย์
หลักการทำงานของกล้องจุลทรรศน์แบบโพรบแบบสแกนนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพต่างๆ ในช่วงกล้องจุลทรรศน์หรือแบบส่องกล้อง และปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันนั้นจะถูกตรวจจับโดยการสแกนหัววัดแบบละเอียดพิเศษที่มีความเป็นเส้นตรงของอะตอมเหนือพื้นผิวของสารที่ศึกษา เพื่อให้ได้พื้นผิว ลักษณะของสารที่ศึกษา ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง SPM ประเภทต่างๆ อยู่ที่ลักษณะของปลายเข็มและโหมดปฏิสัมพันธ์ที่สอดคล้องกันของตัวอย่างปลายเข็ม
หลักการทำงานมาจากหลักการขุดอุโมงค์ในกลศาสตร์ควอนตัม แกนกลางของมันคือปลายเข็มซึ่งสามารถสแกนบนพื้นผิวของตัวอย่างได้ มีแรงดันไบแอสที่แน่นอนกับตัวอย่าง และมีเส้นผ่านศูนย์กลางของมันคือขนาดอะตอม เนื่องจากความน่าจะเป็นของการขุดอุโมงค์อิเล็กตรอนมีความสัมพันธ์แบบเอ็กซ์โปเนนเชียลเป็นลบกับความกว้างของอุปสรรค V(r) เมื่อระยะห่างระหว่างปลายเข็มและตัวอย่างอยู่ใกล้มาก สิ่งกีดขวางระหว่างสิ่งเหล่านั้นจะบางมาก และเมฆอิเล็กตรอนจะทับซ้อนกัน อื่น. เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าระหว่างปลายเข็มกับตัวอย่าง อิเล็กตรอนสามารถถ่ายโอนจากปลายเข็มไปยังตัวอย่าง หรือจากตัวอย่างไปยังปลายเข็มผ่านทางเอฟเฟกต์การขุดอุโมงค์ ซึ่งก่อให้เกิดกระแสในอุโมงค์ ด้วยการบันทึกการเปลี่ยนแปลงของกระแสน้ำในอุโมงค์ระหว่างปลายเข็มกับตัวอย่าง ทำให้สามารถรับข้อมูลทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวตัวอย่างได้
เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการวิเคราะห์พื้นผิวอื่นๆ SPM มีข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร:
(1) มีความละเอียดสูงในระดับอะตอม ความละเอียดของ STM ในทิศทางขนานและตั้งฉากกับพื้นผิวตัวอย่างสามารถเข้าถึง 0.1nm และ 0.01nm ตามลำดับ เพื่อให้สามารถแยกแยะอะตอมเดี่ยวได้
(2) ภาพสามมิติของพื้นผิวในอวกาศจริงสามารถรับได้แบบเรียลไทม์ ซึ่งสามารถใช้เพื่อศึกษาโครงสร้างพื้นผิวโดยมีหรือไม่มีคาบ และความสามารถในการสังเกตนี้สามารถนำไปใช้เพื่อศึกษากระบวนการไดนามิก เช่น การแพร่กระจายของพื้นผิว .
(3) โครงสร้างพื้นผิวเฉพาะที่ของชั้นอะตอมเดี่ยวสามารถสังเกตได้แทนที่จะสังเกตคุณสมบัติโดยเฉลี่ยของแต่ละภาพหรือพื้นผิวทั้งหมด ดังนั้นข้อบกพร่องของพื้นผิว การสร้างพื้นผิวใหม่ รูปร่างและตำแหน่งของตัวดูดซับที่พื้นผิว และการสร้างพื้นผิวใหม่ที่เกิดจากตัวดูดซับ สามารถสังเกตได้โดยตรง
(4) สามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน เช่น สุญญากาศ บรรยากาศ อุณหภูมิปกติ ฯลฯ และแม้แต่ตัวอย่างก็สามารถแช่ในน้ำและสารละลายอื่นๆ ได้โดยไม่ต้องใช้เทคโนโลยีการเตรียมตัวอย่างแบบพิเศษ และกระบวนการตรวจจับก็ไม่ทำให้ตัวอย่างเสียหาย . ลักษณะเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาตัวอย่างทางชีววิทยาและการประเมินพื้นผิวของตัวอย่างภายใต้เงื่อนไขการทดลองที่แตกต่างกัน เช่น กลไกการเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน กลไกของตัวนำยิ่งยวด การตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวอิเล็กโทรดในระหว่างปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าและอื่น ๆ
(5) ด้วยการสแกนอุโมงค์สเปกโทรสโกปี (STS) สามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์พื้นผิวได้ เช่น ความหนาแน่นของสถานะในระดับต่างๆ ของพื้นผิว กับดักอิเล็กตรอนที่พื้นผิว การเปลี่ยนแปลงของสิ่งกีดขวางพื้นผิว และโครงสร้างช่องว่างพลังงาน .
