结构分析—2.4—STM—06.5.8.ppt

2.5 扫描隧道显微镜 (STM);扫描隧道显微镜的发明 1982年，国际商业机器公司苏黎世实验室的葛.宾尼G．Binnig博士和海.罗雷尔H．Rohrer博士及其同事们共同研制成功了世界第一台新型的表面分析仪器——扫描隧道显微镜(STM)。 它的出现，使人类第一次能够实时地观察单个原子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，被国际公认为80年代世界十大科技成就之一。 为此，1986年，宾尼博士和罗雷尔与发明电子显微镜的鲁斯卡获诺贝尔物理学奖。 以STM为基础，G．Binnig 等于1985年又发明了可用于绝缘体检测、分析的原子力显微镜(AFM)。;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;2.5.1 STM的特点;项目 ;与其它表面分析技术相比， STM具有其自身的特点： 1) 具有原子级高分辨率。 扫描隧道显微镜在平行和垂直于样品表面方向(横向和纵向)的分辨率分别为?0.1nm和?0.01nm。可以分辨出单个原子。;2) 可实时得到实空间中样品表面的三维图像。 可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构的研究，这种可实时观察的性能可用于表面扩散等动态过程的研究． 3) 可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是对体相或整个表面的平均性质，因而可直接观察到表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置以及由吸附体引起的表面重构等． ; 为了得到表面清洁的硅片单质材料，要对硅片进行高温加热和退火处理，在此过程中硅表面的原子进行重新组合，结构发生较大变化，这就是所谓的重构。;4) 可在真空、大气，常温、高温等不同环境下工作，甚至可将样品浸在水或其它溶液中。不需要特别的制样技术并且探测过程对样品无损伤． 这些特点特别适用于研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的评价，例如对于多相催化机理、电化学反应过程中电极表面变化的监测等。;下图所示的是在电解液中得到的硫酸根离子吸附在铜单晶(111)表面的STM图象。图中硫酸根离子吸附状态的一级和二级结构清晰可见。;6) 利用STM针尖，可实??对原子和分子的移动和操纵，这为纳米科技的全面发展奠定了基础．;1990年，IBM公司的科学家展示了一项令世人瞠目结舌的成果，他们在金属镍表面用35个惰性气体氙原子组成“IBM”三个英文字母。;2.5.2 STM工作原理;*** 2.5.3 STM制样技术;*** 2.5.3.1 影响因素;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.; 针尖的宏观结构应使得针尖具有高的弯曲共振频率，从而可以减少相位滞后，提高采集速度。如果针尖的尖端只有一个稳定的原子而不是有多重针尖，那么隧道电流就会很稳定，而且能够获得原子级分辨的图象。针尖的化学纯度高，就不会涉及系列势垒。例如，针尖表面若有氧化层，则其电阻可能会高于隧道间隙的阻值，从而导致针尖和样品间产生隧道电流之前，二者就发生碰撞。; 目前制备针尖的方法主要有电化学腐蚀法、机械成型法等。制备针尖的材料主要有金属钨丝、铂-铱合金丝等。钨针尖的制备常用电化学腐蚀法。而铂-铱合金针尖则多用机械成型法，一般直接用剪刀剪切而成。不论哪一种针尖，其表面往往覆盖着一层氧化层，或吸附一定的杂质，这经常是造成隧道电流不稳、噪音大和扫描隧道显微镜图象的不可预期性的原因。因此，每次实验前，都要对针尖进行处理，一般用化学法清洗，去除表面的氧化层及杂质，保证针尖具有良好的导电性。;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;*** 2.5.3.2 测量用样品;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;2) 石墨样品 当用扫描隧道显微