скануючої тунельною
мікроскопії: природна для електрохімії
I. Введення
Через кілька років після новаторського
Робота Г. Бінніг і Х. Рорер, скануючий тунельний мікроскоп (ВТМ) має
перетворилася на потужний аналітичний інструмент. ВТМ, що працюють у вакуумних
дало корисну докладну інформацію про провідника і поверхні напівпровідника
реконструкція і навіть молекулярних і атомних адсорбатов.
Зараз вже ясно, що ВТМ може
діяти не тільки у вакуумі, а також із зразками покритий
електролітів. Електроліти, хоча і іонні провідники, є ізоляторами наскільки
стурбована потоком електронів. В означає, що тунелювання електронів може відбуватися і в
електролітів.
основні принципи сканування
тунельною мікроскопії прості. Дуже гострий кінчик, встановлений на п'єзоелектричний
3-мірний сканер XYZ, розташовується досить близько до поверхні
зразок для тунелювання електронів струм між зондом і
поверхні. Тунельний струм є функцією розрив між зондом і
поверхні. Вся система управляється за допомогою спеціальної комп'ютерної програми. Як
Підказка сканує по поверхні, застосовуючи напруги XY частин
сканер, він відстежує контури, як малі як частка атомної діаметру.
Система зворотного зв'язку застосовується імпульсів напруги на частини Z тримати тунелювання
поточний постійною. Таким чином, сканування ВТМ це просто ділянка напруги
система зворотного зв'язку відноситься до тієї частини Z від напруги система сканування
відноситься до X частини.
II. Теорія
ВТМ здатний дати зображення
здаються просто топограмм поверхонь.
Ця точка зору є адекватним у багатьох випадках,
Особливо, коли зміна висоти Z великі в порівнянні з так званим
"Характерні висоти", яка є висота електронні "атмосфер"
Найближчі зондом і взірцем. Ключем до високою роздільною здатністю, що надаються
СТМ швидкій зміні тунельного струму, якщо відстань між зондом
і поверхнею. Відповідно до неї, якщо система зворотного зв'язку підтримує тунелювання
поточний постійною в межах 10%, відстань залишається незмінним до
в частки атомної
діаметр.
III.
Інструментальні
Там намітилася тенденція до
спрощення СУП з моменту їх первісного розвитку.
наших днів середня ВТМ НЕ
вимагають високого вакууму та кріогенних температур експлуатації. Там
цілий ряд комерційних виробники ВТМ, і вважається комерційним STM
бути більш зручним, ніж у домашніх умовах збудував.
два моменти є життєво важливими для успішного
застосування ВТМ для дослідження, і варто звернути увагу на їх до
придбання або проектування мікроскопа. Перший віброізоляції. Це
неможливо досягти атомного дозволу зображення гарної якості, якщо немає
вібрація
забезпечується захист. Існує
широкий спектр віброізоляції платформах, але ніхто з них не виглядає
так добре, як шматок конкретні призупинено гумові шнури. Другий момент полягає в
STM здатність набувати зображення швидко. STM, які не можуть придбати весь
зображення менш ніж за 10 секунд може бути корисна для ультра-високого вакууму додатків
Тільки не для електрохімії.
розуму теплової дрейф викликаних
З різних причин.
IV. Поради
відгук ідеальним для використання в рішеннях
б вся його поверхня ізольовані, за винятком терміналу атом
тунельного зонда. Відомо, що напруга між будь-якими двома електродами
У процесі рішення електрохімічної дисків на поверхні електрода і результат
У поточному амплітуда якого залежить від рішення, поверхні електродів,
і прикладеної напруги. Для даного набору цих трьох параметрів, загальна
струм може бути мінімізовано шляхом мінімізації неізольованих поверхню вістря. У
принципі, тільки останній атом відгук необхідно для проводять тунелювання,
інша частина піддається відгук лише до збільшення небажаних faradaic
струмів. Рада ізоляції можна зробити зі склом і, крім того, з SiO2.
Тим не менше, islolation знижує інтрузивні зонда на поверхні
самих, так ізолюючий шар повинен бути як можна тонше.
В. Результати
перевірка здобутих у процесі
Гальваніка графіту з АС показали, що поверхня графіту може бути
відображатиметься під комерційну золочення рішення, то нікельований, а потім відображається
знову ж таки без його видалення з обшивці рішення.
Особливістю
Експериментальна методика була використана, що в тому, що відкликання сам по собі не
електрод. Вона була поміщена в трубчастий електрод та ізольовані від нього.
У процесі покриття відгук був видалений в трубу, так що
не могли впливати на процес. ВТМ, що використовуються в рамках експерименту дозволили
занурювати як зразка і голки 2 мм нижче поверхні покриття
рішення. Було встановлено, що п'єзоелектричні електроди розробити поверхневу провідність
з-за високої вологості вище рішення, яке може бути досить великою, щоб дозволити
зв'язком істотні струми від пьезо електродів тунельного
Підказка. Одним з можливих рішень цієї проблеми є використання запечатаних зразків
клітин.
Ag осадження на графіт
здійснюється у кілька етапів, в спробі побачити на початковому етапі
осадження. Щодо вузьке поле зору ВТМ використовуватися не дозволяє
зробити це, і відсталі наслідком операцій не проводилось. Срібло
була віддалена від поверхні графіту електрохімічним в серії
окислювального напруги, і, нарешті, образ ізольованих островів АГ була
досягнута. Тим не менш, механізм осадження Ag поки не зрозуміла, тому що вона
Невідомо, якщо воно включає або острові або шару плюс острові моделі. Було також
показав, що атомна резолюція не є функцією лише верхівку, а й
зразка.
На відміну від досліджень графіту,
Подібні дослідження Au (111) зробив виявити на початковому етапі
Гальванотехніка. Таким чином, це дослідження довело, що ВТМ може бути застосований до вивчення
покриттів на металеві поверхні на місці.
експерименти, які проводилися
з ДНК, також були успішними, і здатність ВТМ для передачі зображень з тонкого
ізоляційні матеріали, як ДНК мають важливі програми для хімії і
Біологія.
Кілька досліджень було зроблено
з різними типами матеріалів. Таким чином, Ітая Сугавара і спостерігаються
електроосадження Pt на графіт; Ітая ін. відображатиметься Pt електроду в
розчину сірчаної кислоти; Моріта та ін. спостерігається топографії Au, Ag і Pt
Плівка у воду і водні розчини хлорат калію і натрію
перхлорат. Дрейк та ін. вдалося зображення корозії заліза.
VI. Місцеві поверхню
Модифікація
дуже корисно застосування СТМ
Використання голки ВТМ просто змінити поверхні на атомному та нанометрового
масштабу. Ряд дослідницьких груп були проведені експерименти в цій області.
Базельська група сфабриковані нанометрового розміру, структури місцевого плавлення склоподібного
металеві підкладки. DeLozanne використовували STM відгук як мікроелектродами, щоб спонукати
локалізовані металоорганічних осадження парів етап кадмію. Jaklevic і Елі
нанометрового виробництва депресій, торкаючись золота монокристалу з наконечником і
спостерігається їх подальшого розповсюдження. Група Кларк призначене одне золото
кристалів відгук зворушливі і зробив горби короткочасне збільшення тунельного
струм 1 мА.
Автори виявили, що, якщо критична
Напруга 2,8 V застосовується до кінчика, 10-нм і діаметром 2 нм глибокої
депресія створений в золотій поверхні, зануреного в фторуглеродних
Grease (неполярні жири, як видається, важливо, щоб цей процес). Операції
в повітрі, воді та водних розчинів не були успішними при напрузі упередження
вище, ніж 2 У зв'язку з порушенням поверхні зразка.
Однією з проблем є те, що будь-який
зміни, зроблені з поверхні в повітря не триватиме довго. Зазвичай вона
займає близько одного дня з тепловою дрейф та інші ефекти, щоб знищити їх.
На щастя, Фостер і Фроммер показав, що такі ж зміни можна зробити, щоб
графітової поверхні, так і при використанні точних імпульсів напруги,
зміни можна зберегти значно довше. Цей ефект може призвести в майбутньому до
Новий тип високої щільності зберігання даних.
Барда та ін. продемонстрували
Ще одна технологія для локальних змін поверхню з STM: тунельний
відгук може бути використаний для місцевого photoelectrochemistry, в результаті прямої
лінія або L-подібна лінія (див. приклади), які відображають той шлях, по відкликанню з
прикладеної напруги.
VII. Резюме
Як видно з цього документа,
СТМ може бути надзвичайно корисним в електрохімічних досліджень. Вона здатна
забезпечення атомних дозволом проб води та багатьох водних розчинах.
Він також здатний локальної модифікації поверхні різних методів
у тому числі місцевих електрохімії Рухомий тунельний відгук.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://ref.com.ua
