المزايا الفريدة للمجاهر المسحية
يعتمد مبدأ عمل مجهر مسبار المسح على الخصائص الفيزيائية المختلفة في النطاق المجهري أو المجهري. ويتم الكشف عن التفاعل بين الاثنين عن طريق مسح مسبار دقيق للغاية من الخطوط الذرية فوق سطح المادة محل الدراسة، وذلك للحصول على نتائج التفاعل بين الاثنين. لدراسة الخصائص السطحية للمادة، فإن الفرق الرئيسي بين الأنواع المختلفة من SPM هو خصائص أطرافها والطريقة المقابلة لها في التفاعل مع عينة الأطراف.
مبدأ العمل يأتي من مبدأ اختراق النفق في ميكانيكا الكم. جوهرها عبارة عن طرف يمكنه المسح على سطح العينة وله جهد متحيز معين بينها وبين العينة. قطرها على المقياس الذري. نظرًا لأن احتمال نفق الإلكترون له علاقة أسية سلبية مع عرض الحاجز المحتمل V(r)، عندما تكون المسافة بين الطرف والعينة قريبة جدًا، يصبح حاجز الجهد رقيقًا جدًا وتتداخل السحب الإلكترونية مع 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 التغيرات في تيار النفق بين الطرف والعينة، يمكن الحصول على معلومات حول مورفولوجيا سطح العينة.
بالمقارنة مع تقنيات تحليل الأسطح الأخرى، يتمتع SPM بمزايا فريدة:
(1) لديها دقة عالية على المستوى الذري. يمكن أن يصل تحليل STM في الاتجاهات الموازية والمتعامدة مع سطح 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 الهياكل السطحية مع أو بدون دورية. يمكن استخدام هذا الأداء الملحوظ لدراسة العمليات الديناميكية مثل الانتشار السطحي.
(3) يمكن ملاحظة البنية السطحية المحلية لطبقة ذرية واحدة، بدلاً من الصورة الفردية أو متوسط خصائص السطح بأكمله. لذلك، يمكن ملاحظة العيوب السطحية، وإعادة بناء السطح، وشكل وموضع الأجسام الممتزة السطحية، والتأثيرات الناجمة عن الأجسام الممتزة بشكل مباشر. إعادة بناء السطح، الخ.
(4) يمكنها العمل في بيئات مختلفة مثل الفراغ، والغلاف الجوي، ودرجة الحرارة العادية، ويمكنها أيضًا غمر العينات في الماء والمحاليل الأخرى. ليست هناك حاجة إلى تكنولوجيا خاصة لإعداد العينات، ولن تؤدي عملية الكشف إلى إتلاف العينات. 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) بالاشتراك مع التحليل الطيفي للمسح النفقي (STS)، يمكن الحصول على معلومات حول البنية الإلكترونية للسطح، مثل كثافة الحالات عند مستويات مختلفة على السطح، ومصائد الإلكترون السطحية، والتغيرات في حواجز السطح المحتملة، وهياكل فجوة الطاقة .
