吉糕 实验3.5扫描隧道显微镜
实验3．5 扫描隧道显微镜
实验目的 1.学习和了解扫描隧道显微镜的原理和结构； 2.观测和验证量子力学中的隧道效应； 3.学习扫描隧道显微镜的操作和调试过程， 并以之来观测样品的表面形貌； 层4. 学习用计算机软件处理原始图象数据。 潮 超
实验目的 1. 学习和了解扫描隧道显微镜的原理和结构； 2. 观测和验证量子力学中的隧道效应； 3. 学习扫描隧道显微镜的操作和调试过程， 并以之来观测样品的表面形貌； 4. 学习用计算机软件处理原始图象数据
实验原理
实验原理
、引言 1982年，BM瑞士苏黎士实验室的葛·宾尼 (G.Binning)和海·罗雷尔(H.Rohrer)研 制出世界上第一台扫描隧道显微镜(Scanning Tunnelling Micro-scoPe,简称STM).STM 使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表 面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质 在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究 中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科 学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之 “.为表彰STM的发明者们对科学研究所作出的 杰出贡献，1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔 物理学奖金
一、引言 1982年，IBM瑞士苏黎士实验室的葛·宾尼 （G．Binning）和海·罗雷尔（H．Rohrer）研 制出世界上第一台扫描隧道显微镜（Scanning Tunnelling Micro－scoPe，简称STM）．STM 使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表 面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质， 在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究 中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科 学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之 一．为表彰STM的发明者们对科学研究所作出的 杰出贡献，1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔 物理学奖金．
图1葛·宾尼(Gerd Binning) 图2海·罗雷尔(Heinrich Rohrer)
原子的概念至少可以追溯到一千年 前的德莫克利特时代，但在漫长的岁月中 原子还只是假设而并非可观测到的客体 人的眼睛不能直接观察到比104m更小的 物体或物质的结构细节，光学显微镜使人 类的视觉得以延伸，人们可以观察到像细 菌、细胞那样小的物体，但由于光波的衍 射效应，使得光学显微镜的分辨率只能达 到107m
▪ 原子的概念至少可以追溯到一千年 前的德莫克利特时代，但在漫长的岁月中， 原子还只是假设而并非可观测到的客体. 人的眼睛不能直接观察到比10-4m更小的 物体或物质的结构细节，光学显微镜使人 类的视觉得以延伸，人们可以观察到像细 菌、细胞那样小的物体，但由于光波的衍 射效应，使得光学显微镜的分辨率只能达 到10-7m
电子显微镜的发明开创了物质微 观结构研究的新纪元，扫描电子显微 镜(SEM)的分辨率为109m,而高 分辨透射电子显微镜(HTEM)和扫 需描透射电子显微镜STEM)可以达到 原子级的分辨率0.lnm,但主要 用于薄层样品的体相和界面研究，且 要求特殊的样品制备技术和真空条 赢件
▪ 电子显微镜的发明开创了物质微 观结构研究的新纪元，扫描电子显微 镜（SEM）的分辨率为10-9m，而高 分辨透射电子显微镜（HTEM）和扫 描透射电子显微镜STEM）可以达到 原子级的分辨率——0．Inm，但主要 用于薄层样品的体相和界面研究，且 要求特殊的样品制备技术和真空条 件．
场离子显微镜(FIM)是 一种能 直接观察表面原子的研究装置，但只 能探测半径小于100nm的针尖上的原 子结构和二维几何性质，且样品制备 复杂，可用来作为样品的材料也十分 有限.X射线衍射和低能电子衍射等原 赢子级分辨仪器，不能给出样品实空间 的信息，且只限于对晶体或周期结构 思 的样品进行研究。 淘
▪ 场离子显微镜（FIM）是一种能 直接观察表面原子的研究装置，但只 能探测半径小于 100 nm的针尖上的原 子结构和二维几何性质，且样品制备 复杂，可用来作为样品的材料也十分 有限. X射线衍射和低能电子衍射等原 子级分辨仪器，不能给出样品实空间 的信息，且只限于对晶体或周期结构 的样品进行研究．
与其他表面分析技术相比，STM具有如下独 特的优点： 1.具有原子级高分辨率，STM在平行于样 品表面方向上的分辨率分别可达0.Inm和 0. 01nm,即可以分辨出单个原子
▪ 与其他表面分析技术相比，STM具有如下独 特的优点： ▪ 1. 具有原子级高分辨率，STM 在平行于样 品表面方向上的分辨率分别可达 0．I nm 和 0．01 nm，即可以分辨出单个原子． ▪
这是中国科学院化学所的科技人员利用纳 米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘 制出的世界上最小的中国地图
这是中国科学院化学所的科技人员利用纳 米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘 制出的世界上最小的中国地图