Een inleiding tot de scanning-tunneling-elektronenmicroscoop
Scanning-tunneling-elektronenmicroscoop (STM) is een soort instrument dat het tunneleffect uit de kwantumtheorie gebruikt om de structuur van het oppervlak van materie te onderzoeken, waarbij het kwantumtunneleffect van elektronen tussen atomen wordt gebruikt om de rangschikking van atomen op het oppervlak van de materie om te zetten. in beeldinformatie.
Invoering
Transmissie-elektronenmicroscopie is nuttig bij het observeren van de algehele structuur van een stof, maar het is moeilijker om de oppervlaktestructuur te analyseren. Dit komt omdat transmissie-elektronenmicroscopie bestaat uit hoogenergetische elektriciteit die door het monster gaat om informatie te verkrijgen, die de interne informatie van de monstersubstantie weerspiegelt. Hoewel scanning-elektronenmicroscopie (SEM) bepaalde oppervlaktecondities kan onthullen, bevindt het geanalyseerde zogenaamde "oppervlak" zich altijd op een bepaalde diepte, omdat invallende elektronen altijd een bepaalde hoeveelheid energie hebben en in het inwendige van het monster doordringen, en de vlechtsnelheid is ook zeer beperkt. Veldemissie-elektronenmicroscopie (FEM) en veldionenmicroscopie (FIM) kunnen goed worden gebruikt voor oppervlakteonderzoek, maar de monsters moeten speciaal worden geprepareerd en kunnen alleen op de punt van een zeer fijne naald worden geplaatst. bestand tegen een hoog elektrisch veld, wat de reikwijdte van de toepassing ervan beperkt.
Scanning-tunneling-elektronenmicroscopie (STM) werkt volgens een heel ander principe. Het verkrijgt geen informatie over het monstermateriaal door de werking van een elektronenbundel op het monster (bijvoorbeeld transmissie- en scanning-elektronenmicroscopen), noch bestudeert het het monstermateriaal door het in beeld te brengen door de vorming van een geëmitteerde stroom (bijvoorbeeld veldemissie-elektronenmicroscopen). microscopen) door middel van een hoog elektrisch veld dat elektronen in het monster meer energie geeft dan het werk van onthechting, maar door een tunnelstroom op het oppervlak van het monster te onderzoeken, die kan worden gebruikt voor het afbeelden van het oppervlak. Het is door het detecteren van de tunnelstroom op het oppervlak van het monster om een beeld te vormen, om het oppervlak van het monster te bestuderen.
Beginsel
De scanning tunneling microscoop is een nieuw type microscoop die de oppervlaktemorfologie van een vaste stof kan onderscheiden door de tunnelstromen van elektronen in de atomen op het oppervlak van de vaste stof te detecteren volgens het principe van het tunneleffect in de kwantummechanica.
Vanwege het tunneleffect van elektronen worden de elektronen in het metaal niet volledig opgesloten binnen de oppervlaktegrens, dat wil zeggen dat de dichtheid van elektronen niet plotseling tot nul daalt aan de oppervlaktegrens, maar exponentieel vervalt buiten het oppervlak; de vervallengte is ongeveer 1 nm, wat de maat is voor de elektronenontsnapping uit de oppervlaktepotentiaalbarrière. Als twee metalen dicht bij elkaar staan, kunnen hun elektronenwolken elkaar overlappen; als er een kleine spanning wordt aangelegd tussen de twee metalen, kan er een stroom tussen de twee metalen worden waargenomen (een zogenaamde tunnelstroom).
