Skaningowy mikroskop tunelowy – charakterystyka
Skaningowy mikroskop tunelowy (ang. scanning tunneling microscope, STM) należy do grupy mikroskopów ze skanującą sondą (ang. scanning probe microscopes, SPM). Pozwala uzyskać obraz preparatu w rozdzielczości atomowej. Mikroskop tunelowy może pracować w kilku trybach, m.in.:
- w trybie stałej wysokości (ang. constant height mode)
– stała wysokość sondy nad powierzchnią preparatu;
– analiza próbek o równej powierzchni;
– wykorzystanie analizy zmian natężenia prądu tunelowego; - w trybie stałego prądu (ang. constant current mode)
– stałe natężenie prądu;
– analiza zmiany odległości miedzy ostrzem a próbką; - w trybie stałej odległości (ang. constant gap width mode)
– sonda utrzymywana w stałej odległości od próbki;
– analiza zmiany natężenia prądu lub napięcia sterującego wysokością igły;
Zasada działania mikroskopu skaningowego tunelowego
Sonda skanująca umieszona jest na mikrodźwigni. Skaner piezoelektryczny umożliwia przesuwanie mikrodźwigni nad preparatem lub odwrotnie. Sonda, najczęściej wykonana z wolframu, ma kształt graniastosłupa zakończonego pojedynczym atomem skierowanym wierzchołkiem w stronę próbki. Kiedy znajdzie się w odległości 1 nm od powierzchni próbki elektrony zaczynają tunelować. Między sondą a preparatem tworzy się różnica potencjałów. Na skutek napięcia polaryzującego, w zależności od znaku różnicy potencjałów, elektrony przeskakują od sondy do próbki lub odwrotnie.
Uzyskiwanie obrazu w skaningowych mikroskopach tunelowych
Obraz preparatu powstaje na skutek miejscowego pomiaru stanów elektronowych próbki. Uzyskiwany jest dzięki wykorzystaniu zjawiska tunelowania elektronów. Na jakość obrazu może wpływać histereza lub starzenie się skanera. Miejscowe zmiany przewodności próbki mogą wpływać na poprawność uzyskanych wyników. Wadą skaningowego mikroskopu tunelowego jest znaczna czułość na drgania zewnętrzne, która w nowoczesnych mikroskopach jest ograniczana dzięki zastosowaniu zewnętrznych systemów tłumiących drgania, np. stołów antywibracyjnych.
Zastosowanie STM
Pozwala na badanie powierzchni i struktury atomowej próbek o dobrych właściwościach przewodzących. Analiza materiału nieprzewodzącego możliwa jest tylko po wcześniejszym pokryciu próbki warstwą przewodzącą (np. poprzez napylanie). Technika STM daje możliwość na określenie charakterystycznych atomów próbki oraz oznaczenie lokalnej gęstości elektronów obsadzonych i nieobsadzonych. Pomaga zrozumieć zjawiska zachodzące na powierzchni próbki (adhezja, tarcie) oraz wiele zjawisk biologicznych. Jeśli zastosowane zostanie większe napięcie prądu tunelowego niż podczas skanowania, możliwe jest odrywanie pojedynczych atomów od preparatu. Modyfikacja powierzchni próbki odbywać się może w trybie pracy zwanym trybem pchania, ślizgania lub ciągnięcia.
Specjalizujemy się w dziedzinie mikroskopii elektronowej oraz rozwiązaniach dedykowanych do preparatyki próbek mikroskopowych. Skontaktuj się z naszymi specjalistami, w celu doboru optymalnego rozwiązania:
PIK INSTRUMENTS
tel: +48 22 233 10 77
e-mail: kontakt@pik-instruments.pl
ul. Gen. L. Okulickiego 5F
05-500 Piaseczno, Polska
pon-pt: 08:00 – 16:00