فوائد الفحص المجهري للمسبار الماسح المميزة
المزايا الفريدة لمقدمة مجهر مسبار المسح:
عندما تطور التاريخ إلى الثمانينيات، وُلد نوع جديد من أدوات تحليل الأسطح يعتمد على الفيزياء ويدمج مجموعة متنوعة من التقنيات الحديثة - المجهر المسبار الماسح (STM). لا يتمتع STM بدقة مكانية عالية جدًا فقط (تصل إلى O.1nm في الاتجاه الأفقي، أفضل من O.01nm في الاتجاه الرأسي)، بل يمكنه مراقبة التركيب الذري لسطح المادة بشكل مباشر، ويمكنه أيضًا التعامل مع الذرات و الجزيئات، بحيث يتم فرض إرادة الإنسان الذاتية على الطبيعة. ويمكن القول أن المجهر المسبار الماسح هو امتداد لعين الإنسان وأيديه، وبلورة الحكمة الإنسانية.
يعتمد مبدأ عمل مجهر المسبار الماسح على الخصائص الفيزيائية المختلفة في النطاق المجهري أو المجهري، ويكشف التفاعل بين الاثنين عند مسح سطح المادة المراد دراستها بواسطة مسبار رفيع ذريًا، وذلك للحصول على عند دراسة الخصائص السطحية للمادة، فإن الاختلاف الرئيسي بين الأنواع المختلفة من SPMs هو خصائص طرفها والطرق المقابلة التي يتفاعل بها الطرف مع العينة.
مبدأ العمل يأتي من مبدأ النفق في ميكانيكا الكم. جوهرها عبارة عن طرف إبرة يمكنه المسح على سطح العينة، وله جهد متحيز معين مع العينة، ويبلغ قطره المقياس الذري. وبما أن احتمال نفق الإلكترون له علاقة أسية سالبة مع عرض حاجز الجهد V(r)، فعندما تكون المسافة بين الطرف والعينة قريبة جدًا، يصبح حاجز الجهد بينهما رفيعًا جدًا، وتتداخل السحب الإلكترونية بعضها البعض. عند تطبيق جهد كهربائي، يمكن نقل الإلكترونات من الطرف إلى العينة أو من العينة إلى الطرف من خلال تأثير النفق، مما يشكل تيار نفق. من خلال تسجيل التغير في تيار النفق بين طرف الإبرة والعينة، يمكن الحصول على معلومات التضاريس السطحية للعينة.
بالمقارنة مع تقنيات التحليل السطحي الأخرى، يتمتع SPM بمزايا فريدة:
(1) لديها دقة عالية على المستوى الذري. يمكن أن يصل تحليل STM في الاتجاه الموازي والعمودي لسطح العينة إلى 0.1nm و0.01nm، على التوالي، ويمكن حل الذرات المفردة.
(2) يمكن الحصول على الصورة ثلاثية الأبعاد للسطح في الفضاء الحقيقي في الوقت الحقيقي، والتي يمكن استخدامها لدراسة البنية السطحية الدورية أو غير الدورية. يمكن استخدام هذا الأداء الملحوظ لدراسة العمليات الديناميكية مثل الانتشار السطحي.
(3) من الممكن ملاحظة البنية السطحية المحلية لطبقة ذرية واحدة، بدلاً من الصورة الفردية أو متوسط خصائص السطح بأكمله، بحيث يمكن ملاحظة عيوب السطح، وإعادة بناء السطح، وشكل وموضع الممتزات السطحية، و ويمكن ملاحظة التغيرات الناجمة عن الممتزات مباشرة. إعادة بناء السطح، الخ.
(4) يمكن أن تعمل في بيئات مختلفة مثل الفراغ والغلاف الجوي ودرجة الحرارة العادية، وحتى غمر العينة في الماء والمحاليل الأخرى، بدون تكنولوجيا خاصة لإعداد العينة، ولن تؤدي عملية الكشف إلى إتلاف العينة. هذه الميزات مناسبة بشكل خاص لدراسة العينات البيولوجية وتقييم أسطح العينات في ظل ظروف تجريبية مختلفة، مثل مراقبة الآليات الحفزية غير المتجانسة، وآليات التوصيل الفائق، وتغيرات سطح القطب أثناء التفاعلات الكهروكيميائية.
(5) بالتعاون مع STS (Scanning Tunneling Spectroscopy)، يمكن الحصول على معلومات حول البنية الإلكترونية للسطح، مثل كثافة الحالات عند مستويات مختلفة من السطح، وآبار الإلكترون السطحية، والتغيرات في حواجز السطح المحتملة، وهياكل فجوة الطاقة.
