Niekompletna teoria Sondy Kelvina
Pomiar Sondy Kelvina jest względny. Ujawnia on, jeśli jest wykonany prawidłowo, różnicę potencjałów kontaktowych (CPD lub potencjał Volty) między badaną próbą a końcówką sondy. Wynik ten jest zazwyczaj przeliczany na pracę wyjściową próbki, jeśli znana jest praca wyjściowa końcówki Sondy. Takie praktyki były powszechne od czasu wynalezienia instrumentu w XIX wieku.
Problem polega na tym, że żadna Sonda Kelvina nie śledzi zmian pracy wyjściowej swojej końcówki. W związku z tym, zmierzony CPD zawiera wkład pracy wyjściowej próbki w stosunku do pracy wyjściowej końcówki, które są dwoma nieznanymi wartościami opisanymi przez jedno równanie dla ich różnicy. System jest zatem niekompletny, ponieważ mamy mniej równań niż niewiadomych.
Problem ten nie może być rozwiązany ani poprzez używanie odniesień do pracy wyjściowej, takich jak HOPG, ani poprzez uzupełnianie pomiaru CPD o tzw. spektroskopię fotoemisji absolutnej (APS). „Tak zwane”, ponieważ pomiar ten, mimo optymistycznej nazwy, jest równie względny jak pomiar CPD. Spektroskopia APS cierpi na ten sam mankament – więcej niewiadomych niż równań.
Kompletna Sonda Kelvina
Ostatnio badacze z Instytutu Fotonowego natrafili na eleganckie rozwiązanie tego problemu. Okazuje się, że drobna modyfikacja sprzętu Sondy Kelvina oraz przeprojektowanie procedury pomiarowej generują jedną dodatkową niewiadomą, ale również dwa dodatkowe równania liniowe! Oznacza to, że teoria Sondy Kelvina jest teraz kompletna, ponieważ ma tyle samo niezależnych równań liniowych, ile niewiadomych!
System, który wykorzystuje to odkrycie, nazywa się Kompletna Sonda Kelvina. Z pewnością dostarczył pierwsze zaskakujące lekcje. Dla pomiarów w powietrzu atmosferycznym, domniemana stabilna końcówka złota (złota linia na rysunku) zmienia się znacznie bardziej podczas pomiaru CPD niż próbka, gdy wilgotność i temperatura zmieniają się. Zobacz post na forum, aby uzyskać więcej szczegółów.
Rysunek: wilgotność względna (pomarańczowy), temperatura (zielony), CPD końcówki sondy (złoty).