Dans la grande carte de la science, l'exploration du microcosme est toujours un domaine de pointe et crucial. Et le microscope à tunnel à balayage (STM), sans aucun doute un puissant explorateur entre les mains des scientifiques, nous ouvre les portes mystérieuses du monde matériel à l'échelle atomique.
Le principe de fonctionnement de la microscopie à balayage en tunnel est basé sur l'effet tunnel en mécanique quantique. En termes simples, lorsqu'une sonde extrêmement fine est suffisamment proche de la surface de l'échantillon, les électrons sont transférés de la sonde à la surface de l'échantillon ou transférés en sens inverse sans contact réel, comme s'ils traversaient un tunnel, créant ainsi un courant tunnel. En contrôlant avec précision la sonde pour balayer point par point la surface de l'échantillon et en surveillant en temps réel les variations du courant du tunnel, vous pouvez obtenir des informations topographiques microscopiques sur la surface de l'échantillon.
La haute résolution de la STM, qui peut atteindre 0,1 nanomètre latéralement et 0,01 nanomètre longitudinalement, lui permet de distinguer clairement les atomes individuels, permettant aux scientifiques de voir visuellement comment les atomes sont disposés et comment ils interagissent pour la première fois. Cette capacité d'observation a grandement contribué au développement de plusieurs disciplines telles que la science des matériaux, la physique, la chimie et bien d'autres.
Dans le domaine de la science des matériaux, la STM aide les chercheurs à mieux comprendre la relation entre la microstructure et la performance des matériaux. Par exemple, en observant les défauts d'alignement des atomes à la surface d'un matériau semi - conducteur, les scientifiques peuvent optimiser le processus de croissance du matériau et améliorer les performances et la stabilité des dispositifs semi - conducteurs. En physique, la STM fournit des moyens expérimentaux directs pour étudier les phénomènes quantiques tels que l’effet Hall quantique, les phénomènes supraconducteurs, etc., ce qui permet une meilleure compréhension du monde quantique microscopique. Dans le domaine de la chimie, la STM peut être utilisée pour étudier les processus microscopiques des réactions chimiques, observer les processus dynamiques tels que l'adsorption des molécules de réactifs à la surface des catalyseurs, les réactions et la désorption des produits, fournissant une base importante pour le développement de catalyseurs efficaces et la compréhension des mécanismes des réactions chimiques.
En plus de sa contribution à la recherche fondamentale, la microscopie à tunnel à balayage a également une large application dans la production industrielle. Par exemple, dans le processus de fabrication de puces semi - conductrices, l'utilisation de STM pour la détection et le traitement précis de la surface de la puce de silicium assure la haute qualité et la haute performance de la puce.