实 验 报 告 姓名 小编 班级 01**101 学号 011**01** 组别 实验日期 2011-11-23 课程名称 大学物理实验 同实验者 指导教师 成绩 扫描隧道显微镜（STM） 一．实验目的 1 掌握和了解量子力学中的隧道效应的基本原理。 2 学习和了解扫描隧道显微镜的基本结构和基本实验方法原理。 3 基本了解扫描隧道显微镜的样品制作过程、设备的操作和调试过程，并 最后观察样品的表面形貌。 4 正确使用AJ—1 扫描隧道显微镜的控制软件，并对获得的表面图像进行处 理和数据分析。 二．实验仪器 AJ—1 型扫描隧道显微镜；P-IV 型计算机；样品（高序石墨）； 金属探针及工具。 三．实验原理 1 ．隧道电流 扫描隧道显微镜的工作原理是基于量子力学的隧道效应。对于经典物理学来说，当一粒子的动能 E 低于前方势垒的高度 V0 时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回（如图3）。而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不等于零，也就是说，粒子可以穿过比它的能量更高的势垒，这个现象称为隧道效应，它是由于粒子的波动性而引起的，只有在一定的条件下，这种效应才会显著。经计算，透射系数 （1） 由式中可见，透射系数T 与势垒宽度a、能量差（V0-E）以及粒子的质量m 有着很敏感的依赖关系，随着 a 的增加，T 将指数衰减，因此在宏观实验中，很难观察到粒子隧穿势垒的现象。 扫描隧道显微镜是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近时（通常小于1 nm），在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。隧道电流 I 是针尖的电子波函数与样品的电子波函数重叠的量度，与针尖和样品之间距离 S 和平均功函数Φ 有关 （2） 式中Vb 是加在针尖和样品之间的偏置电压，平均功函数，Φ1和 Φ2 分别为针尖和样品的功函数，A 为常数，在真空条件下约等于1。隧道探针一般采用直径小于1mm 的细金属丝，如钨丝、铂— 铱丝等，被观测样品应具有一定的导电性才可以产生隧道电流。 由（2）式可知，隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数的依赖关系，当距离减小 0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对 x-y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图。 2．STM 的结构和工作模式 STM 仪器由具有减振系统的STM 头部、电...
