发布时间:2008-08-30 23:23:35文章来源:互联网

扫描隧道显微镜
seanni眼tunneling mieroseoPe

　　描，根据量子隧道效应来获取反映样品表面形貌及电子 态图象的一种新型显微镜，简称STM。是继场离子显 微镜(FIM)和透射式电子显微镜(TEM)之后，在20 世纪80年代初发展起来的第三种能够直接观察到单个 原子象的显微镜。其横向分辨本领为0.1一0.2nm，深 度分辨本领高达0.olnm。这高于其他显微镜。对 FIM和TEM，样品必须置于真空中，而STM可在 大气、真空、常温、低温、高温中，甚至在液体、电解 液等环境中直接观察自然状态下的物体表面现象和动态 过程。避免了生物样品在真空中因脱水而产生的假象， 以及固体材料因制成TEM超薄样品后与原来大块样品 的性质间的差异，也不存在高能电子束对样品的辐照损 伤。用STM第一次在实空间清楚地直接观察到Si (111)表面7X7结构的空间位置，解决了表面科学中长 期争论不休的难题;也直接观察到了含水的生物样品， 如DNA的内部结构等，在科学技术各领域中有着广阔 的应用前景。为此，STM的·发明人G.宾尼希(Bin- nig)和H.罗雷尔(Rohrer)以及50余年前电子显微镜 的创始者E.鲁斯卡(Ruska)一起获1986年度诺贝尔 物理学奖。上述3种原子分辨本领显微镜的性能比较 见表。 3种原子分辨本领显微镜的性能比较 ┌─────┬───────┬──────┬────────┐ │ │FIM │TEhl │STM │ ├─────┼───────┼──────┼────────┤ │横向分辨率│0‘l一0 .2 nm │0 .1一0.2nm │ 0 .1一0.2nm │ │深度分辨率│ 超高真空 │ 高真空 │ 一0 .01 nm │ │使用条件 │ 难 │ 有 │大气，液体，真空│ │辐照损伤 │ 易 │ 一般 │ 无 │ │样品制备 │ 11111 │ 一般 │容易，一般，难 │ │成象解释 │ │ nm以上 │容易，一般，难 │ │观察范围 │ │ │ nlll~召】11 │ └─────┴───────┴──────┴────────┘ 原理根据量子力学理论，当两物体(这里是针尖 和样品)表面非常接近时，电子云互相重叠，若在其间 施加一电压V(通常为毫伏至伏量级)，电子穿过势垒而 形成隧道电流I:I/V二exp(一2后)。s为针尖与样品 间的距离，k为衰减系数。在真空中，k由对应处样品 和针尖的平均势垒高度沪确定。k=h一1，呱而，h为普 朗克常数，脚为电子质量。少取典型值4eV，则k=10 nm一‘。由于隧道电流I与s呈指数关系，s增加0.Inm， I将减少一个量级。当针尖在样品表面扫描时，可以通 过一反馈回路来控制间距以保持I不变，并从反馈回路 取出反映样品表面形貌和电子态的信号在显示屏上成