Tìm Hiểu Về Kính Hiển Vi Quét Xuyên Hầm Là Gì?

1 - Kính hiển vi quét xuyên hầm là gì?

"Kính hiển vi quét xuyên hầm" hay "kính hiển vi quét chui hầm" tiếng Anh: "Scanning tunneling microscope" (viết tắt là STM) là một loại kính hiển vi phi quang học, được sử dụng để quan sát hình thái học bề mặt của vật rắn hoạt động dựa trên việc ghi lại dòng xuyên hầm của điện tử khi sử dụng một mũi dò quét trên bề mặt mẫu. Kính hiển vi chui hầm là một công cụ mạnh để quan sát cấu trúc bề mặt của vật rắn với độ phân giải tới cấp độ nguyên tử. 

 

Hình 1: Các loại kính hiển vi quét xuyên hầm
 

1.1 - Nguyên lý hoạt động kính hiển vi quét xuyên hầm

Kính hiển vi quét xuyên hầm là thiết bị quan sát vi cấu trúc bề mặt thuộc về nhóm thiết bị kính hiển vi quét đầu dò, tức là việc ghi ảnh dựa trên nguyên tắc quét đầu dò trên bề mặt.
 

Kính hiển vi quét xuyên hầm sử dụng một mũi dò nhọn mà đầu của mũi dò có kích thước là một nguyên tử, quét rất gần bề mặt mẫu. Khi đầu dò được quét trên bề mặt mẫu, sẽ xuất hiện các điện tử di chuyển từ bề mặt mẫu sang mũi dò do hiệu ứng xuyên hầm lượng tử (hiệu ứng đường hầm) và việc ghi lại dòng chui hầm này sẽ cho các thông tin về cấu trúc bề mặt.
 

Hình 2: Nguyên lý hoạt động kính hiển vi quét xuyên hầm
 

1.2 - Ưu điểm và nhược điểm kính hiển vi quét xuyên hầm

Ưu điểm 
 

• Kính hiển vi quét xuyên hầm là một kỹ thuật ghi ảnh hình thái học và cấu trúc (cấu trúc vật lý, cấu trúc điện từ) bề mặt với độ phân giải rất cao và cho ảnh chất lượng cao.

• Không đòi hỏi việc phá hủy mẫu như kính hiển vi điện tử truyền qua (thiết bị chụp ảnh với độ phân giải tương đương).

• Cho phép tạo ra các phép thao tác trên bề mặt cho quá trình chế tạo.

Nhược điểm 
 

• Mẫu sử dụng trong kính hiển vi quét xuyên hầm phải là mẫu dẫn điện hoặc bán dẫn.

• Việc đo đạc kính hiển vi quét chui hầm đòi hỏi bề mặt mẫu siêu sạch và việc chống rung là một đòi hỏi lớn.

• Tốc độ ghi ảnh trong kính hiển vi quét chui hầm thấp.

• Kính hiển vi quét chui hầm chỉ giới hạn cho cấu trúc bề mặt
   

Hình 3: Kính hiển vi điện tử truyền qua

Kết Luận: Kính hiển vi quét xuyên hầm sử dụng một mũi dò nhọn mà đầu của mũi dò có kích thước là một nguyên tử, quét rất gần bề mặt mẫu. Khi đầu dò được quét trên bề mặt mẫu, sẽ xuất hiện các điện tử di chuyển từ bề mặt mẫu sang mũi dò do hiệu ứng xuyên hầm lượng tử (hiệu ứng đường hầm) và việc ghi lại dòng chui hầm này sẽ cho các thông tin về cấu trúc bề mặt.