扫描探针显微镜实验

扫描探针显微镜实验 实验目的 1、 学习和了解并掌握扫描探针显微镜的工作原理和仪器结构； 2、 观测和验证量子力学中的隧道效应以及原子间相互作用力； 3、 学习扫描探针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、 学习使用计算机软件Imager 4.6 处理原始图象数据。 实验原理： 在科学发展史上直接观察原子、分子一直是人们长期以来梦寐以求的愿望。1982 年IBM公司瑞士苏黎士研究实验室的葛·宾尼（Gerd Bining）和海·罗雷尔（Heinrich Roher）研制出一种新型显微镜--扫描隧道显微镜（Scanning Tunnelling Microscope，简称 STM），终于使这一愿成为现实。 这种新型显微仪器的诞生，使人类能够实时地观测到原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质，对表面科学、材料科学、生命科学以及微电子技术的研究有着重大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，宾尼和罗雷尔两位科学家与电子显微镜的创制者 ERrska 教授一起被授予 1986 年诺贝尔物理奖。 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10-4 m更小的物体或物质的结每组的前四位同学预习AFM 实验，中间四位预习STM 实验，最后四位同学预习锁定放大器实验 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10-7 m 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10-9 m，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——0.1nm，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 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． 扫描隧道显微镜的问世使得人类直接观测微观世界的大门被打开。更为重要的是，扫描隧道显微镜还使得人们对单个原子、分子的直接操纵成为现实，由此引发出...