خصائص الفحص المجهري الماسح
عندما تطور التاريخ إلى الثمانينيات، وُلد نوع جديد من أدوات تحليل الأسطح، وهو الفحص المجهري الماسح (STM)، الذي يعتمد على الفيزياء ويدمج مختلف التقنيات الحديثة. لا يتمتع STM بدقة مكانية عالية فقط (تصل إلى O.1nm أفقيًا وأفضل من O.01nm عموديًا)، بل يمكنه أيضًا مراقبة التركيب الذري لأسطح المواد بشكل مباشر، ولكنه يمكنه أيضًا التعامل مع الذرات والجزيئات، وبالتالي فرض الإرادة الذاتية البشرية على الطبيعة. ويمكن القول أن الفحص المجهري الماسح هو امتداد لعين الإنسان وأيديه، وبلورة الحكمة الإنسانية.
يعتمد مبدأ عمل الفحص المجهري لمسبار المسح على الخصائص الفيزيائية المختلفة في النطاق المجهري أو المجهري. يتم الكشف عن التفاعل بين الاثنين عن طريق مسح المسبار الذري الخطي الدقيق للغاية فوق سطح المادة المدروسة للحصول على الخصائص السطحية للمادة المدروسة. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الأنواع المختلفة من SPMs في خصائص أطرافها وطريقة العمل المقابلة لعينات الأطراف.
مبدأ العمل يأتي من مبدأ النفق في ميكانيكا الكم. قلبها عبارة عن طرف إبرة يمكنه المسح على سطح العينة وله جهد متحيز معين بينها وبين العينة، بقطر بالمقياس الذري. وبما أن احتمال نفق الإلكترون له علاقة أسية سالبة مع عرض الحاجز V(r)، فعندما تكون المسافة بين الطرف والعينة قريبة جداً، يصبح الحاجز بينهما رفيعاً جداً، وتتداخل السحابة الإلكترونية مع كل منهما. آخر. من خلال تطبيق جهد بين الطرف والعينة، يمكن نقل الإلكترونات من الطرف إلى العينة أو من العينة إلى الطرف من خلال تأثير النفق، مما يشكل تيار نفق. من خلال تسجيل التغيرات في تيار النفق بين طرف الإبرة والعينة، يمكن الحصول على معلومات عن مورفولوجيا سطح العينة.
بالمقارنة مع تقنيات التحليل السطحي الأخرى، يتمتع SPM بمزايا فريدة:
(1) لديها دقة عالية المستوى الذري. يمكن أن يصل دقة STM في الاتجاه الموازي والمتعامد على سطح العينة إلى 0.1nm و0.01nm، على التوالي، والتي يمكن أن تميز الذرات الفردية.
(2) يمكن الحصول على صور ثلاثية الأبعاد للأسطح في الفضاء الحقيقي في الوقت الفعلي، والتي يمكن استخدامها لدراسة الهياكل السطحية بدورية أو بدونها. يمكن استخدام هذا الأداء الملحوظ لدراسة العمليات الديناميكية مثل الانتشار السطحي.
(3) يمكن ملاحظة البنية السطحية المحلية لطبقة ذرية واحدة، بدلاً من متوسط خصائص الصورة الفردية أو السطح بأكمله، وبالتالي فإن عيوب السطح، وإعادة بناء السطح، وشكل وموضع الممتزات السطحية، والسطح ويمكن ملاحظة إعادة الإعمار الناجمة عن الممتزات مباشرة.
(4) يمكن أن يعمل في بيئات مختلفة مثل الفراغ والجو ودرجة حرارة الغرفة، وحتى غمر العينة في الماء والمحاليل الأخرى دون الحاجة إلى تقنيات خاصة لتحضير العينة، ولا تؤدي عملية الكشف إلى إتلاف العينة. تنطبق هذه الخصائص بشكل خاص على دراسة العينات البيولوجية وتقييم أسطح العينات في ظل ظروف تجريبية مختلفة، مثل مراقبة آلية التحفيز غير المتجانسة، وآلية التوصيل الفائق، وتغيرات سطح القطب أثناء التفاعل الكهروكيميائي.
(5) من خلال التعاون مع التحليل الطيفي للمسح النفقي (STS)، يمكن الحصول على معلومات حول الهياكل الإلكترونية السطحية، مثل كثافة الحالات على مستويات مختلفة من السطح، وآبار الإلكترون السطحية، والتغيرات في الحواجز المحتملة السطحية، وهياكل فجوة الطاقة.
