扫描隧道显微镜(STM)1982 年,瑞士国际商业机器公司(IBM)苏黎世实验室的科学家罗赫尔(H.Roher)和宾尼格(G
Binning)及同事们研制成功了世界上第一台扫描隧道显微镜.这种显微镜使人们“看到”表面一个个原子,甚至还能分辨出约百分之一个原子的面积.它有一系列的重要应用,并由此开拓丁许多新的研究领域
因此,罗赫尔和宾尼格荣获了 1986 年诺贝尔物理学奖
在两块导电物体之间夹一层绝缘体,若在两个导体之间加上一定的电压,通常是不会有电流从一个导体穿过绝缘层流向另一导体的
两个导体之间存在着势垒,像隔着一座山一样假如这层势垒的厚度很窄只有几个纳米时,由于电子在空间的运动呈现波性,根据量子力学的计算,电子将穿过,而不是越过这层势垒,从而形成电流
形象地看,就如同我们常见的在山腰部打通了一条隧道而火车通过隧道那样,这种现象在量子力学中称为“隧道效应”
STM 就是用一个非常细小的针尖和被研究物质的表面作为两个导体,形成两个电极,当针尖和样品表面非常接近,一般小于一个纳米时,在针尖与样品表面施加一定电压后,电子即会穿过两个电极之间的绝缘层流向另一个电极,此绝缘层一般为空气或液体
这正是上面所述的隧道效应,其产生的电流则称为隧道电流
隧道电流的大小强烈地依赖于针尖到样品表面之间的距离
测量时让针尖在样品表面作二维扫描,即沿平面坐标 X 和 Y 两个方向顺次扫描
通常人们采用恒流扫描模式,即控制隧道电流不变,这样就要求针尖随着样品表面的高低起伏,相应地作高低起伏的运动,以使针尖与样品之间的距离保持不变
针尖的三维运动可通过计算机系统在计算机屏幕直接显示,或在记录纸上打印出来,可见 STM 所获得的信息正是样品表面的三维立体信息
这种恒流扫描模式应用广泛,获取的信息全面,显微图像质量高,可用于显示导电材料表面的原子排列情况
右图为扫描隧道显微镜的原理图
STM 的出现,使