المزايا الفريدة لمجهر المسح
يعمل الفحص المجهري للمسبار الماسح (SPM) على مبدأ اكتشاف التفاعل بين الخواص الفيزيائية المختلفة في النطاق المجهري أو المجهري بناءً على المسح بمسبار دقيق للغاية من الخطية الذرية فوق سطح المادة قيد الدراسة، وذلك للحصول على الخصائص السطحية للمادة قيد الدراسة. يكمن الاختلاف الرئيسي بين الأنواع المختلفة من SPM في خصائص النصائح وأنماط تفاعل عينة النصائح المقابلة لها.
مبدأ التشغيل مشتق من مبدأ النفق في ميكانيكا الكم. يوجد في جوهره طرف يمكنه مسح سطح العينة بجهد متحيز معين بينها وبين العينة، ويكون قطره على المقياس الذري. نظرًا لأن فرصة نفق الإلكترون تظهر علاقة أسية سلبية مع عرض حاجز الجهد V(r)، فعندما تكون المسافة بين طرف الإبرة والعينة قريبة جدًا، يصبح حاجز الجهد بينهما رقيقًا جدًا، ويصبح تتداخل سحب الإلكترونات مع بعضها البعض، ومن خلال تطبيق جهد كهربائي بين طرف الإبرة والعينة، يمكن نقل الإلكترونات من الطرف إلى العينة أو من العينة إلى طرف الإبرة من خلال تأثير النفق لتشكيل نفق حاضِر. من خلال تسجيل التغيرات في تيار النفق بين الطرف والعينة، يمكن الحصول على معلومات حول مورفولوجيا سطح العينة.
يتمتع SPM بمزايا فريدة مقارنة بتقنيات التحليل السطحي الأخرى:
(1) دقة عالية على المستوى الذري، بدقة 0.1 نانومتر في التوازي و0.01 نانومتر في الاتجاه العمودي على سطح العينة، حيث يمكن تحليل الذرات الفردية.
(2) يمكن الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد للسطح في الفضاء الحقيقي في الوقت الحقيقي، والتي يمكن استخدامها لدراسة الهياكل السطحية الدورية أو غير الدورية، ويمكن 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 الطبيعة المتوسطة للسطح بأكمله، وبالتالي من الممكن ملاحظة عيوب السطح بشكل مباشر، وإعادة بناء السطح، وتشكل وموقع تمتز السطح، وإعادة بناء السطح الناجم عن الممتزات.
(4) يمكن أن تعمل في بيئات مختلفة، مثل الفراغ، والغلاف الجوي، ودرجة حرارة الغرفة، وما إلى ذلك، ويمكنها حتى غمر العينة في الماء والمحاليل الأخرى، والتي لا تتطلب تقنيات خاصة لأخذ العينات ولا تلحق الضرر بالعينة أثناء الكشف عملية. هذه الميزات مناسبة بشكل خاص لدراسة العينات البيولوجية وتقييم سطح العينة في ظل ظروف تجريبية مختلفة، مثل الآلية التحفيزية متعددة المراحل، وآلية الموصلية الفائقة، ومراقبة تغيرات سطح القطب الكهربائي أثناء التفاعلات الكهروكيميائية.
(5) بالاشتراك مع التحليل الطيفي النفقي المسحي (STS)، يمكن الحصول على معلومات حول البنية الإلكترونية للسطح، مثل كثافة الحالات عند مستويات مختلفة من السطح، ومصائد الإلكترون السطحية، وتنوع حواجز السطح المحتملة وهيكل فجوة الطاقة.
