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辩扫描隧道显微镜的简介0103020405概述原理目录两种工作方式CONTENT优点与局限性参考文献Part 1概述人类通过工具认识世界认识世界 望远镜 显微镜 光学显微镜17世纪中期 电子显微镜TEM 1932 SEM 1937 STM 1982STM背景 1982 年，格尔德·宾宁（G．Binning）及海因里希·罗雷尔（H．Rohrer）在IBM发明了世界上第一台具有原子分辨率的STM（Scanning Tunneling Microscope）。两位发明者因此与恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。利用量子力学中隧道效应的扫描隧道显微镜，它的分辨本领甚至达到了10-10米。Part 2原理01隧道效应02隧道效应的量子力学解释03扫描隧道显微镜隧道效应 在量子理论发展初期，德布罗意提出了波粒二象性的假设，指出原来认为是粒子的微观粒子也具有波动性，这设想很快被著名的电子衍射实验所证实。这种性质由薛定谔方程的解——波函数表示。波动性是理解隧道效应之根本。根据量子力学原理，由于粒子存在波动性，当一个粒子处在一个势垒之中时，粒子越过势垒出现在另一边的几率不为零，这种现象称为隧道效应。VEV=0V=00a x隧道效应的量子力学解释物理模型：一维方形势垒（可二维三维）电子具有波动性，且德布罗意波长其中m，v，E分别为电子质量，速度和动能① EV时，波长变为；② EV时，不能形成具有一定德布罗意波长的波动，但电子仍能进入此区域的一定深度。若势能区域较窄，电子就有可能穿透它而自身动能不变。在 x 0 ，动能 E V 的电子入射势垒定有反射电子波，电子波可用右传波和左传渡之和表示，即在 x a 区域，电子波只能是右传波而无左传波，波函数为在0xa区域，由薛定谔方程知波函数除指数衰减项外还有指数增长项，即在x=0和a处边界连续，可得粒子透射系数：T=∣A2∣2∕∣A1∣2由此证明存在隧道效应。A扫描隧道显微镜被研究的物质表面和探针作为两个电极，当样品与针尖的距离介于1nm 左右时，在外加电压的作用下，电子会穿过这个因为距离形成的势垒而向另一端运动，形成隧道电流I。隧道电流可以表示为： 其中K，l是常数；V是施加在探针和样品之间的电压；Φ是探针和样品的平均功函数， 它和探针、样品的材料功函数有关,Φ≈(Φ1+Φ2)/2；S是探针和样品间的距离。因为它是一个指数函数，即使是距离S的一个微小变化，电流却将变化一个甚至几个数量级。Part 3两种工作方式恒电流模式恒高度模式恒电流模式恒高度模式Part 4优点与局限性优点1.STM结构相对简单2.实验可在多种环境中进行，如大气，超真空或液体3.工作温度范围较宽4.分辨率高，在水平与垂直分辨率可达0.1nm和0.01nm5.观测表面结构的同时还会得到扫描隧道谱，从而可研究化学结构和电子状态缺点1.不可以探测深层信息2.无法直接观察绝缘体STM发展激光力显微镜（LFM）原子力显微镜（AFM）光子扫描隧道显微镜（PSTM）123弥补了STM不可以直接观察绝缘体的不足，不同的是AFM检测的是针尖与样品间的力而非隧道电流，用光学探针探测样品表面附近被内反射光所激励的瞬衰场，利用的是光子的隧道效应利用探针的振动振幅的变化来检测样品表面发展一发展二发展三参考文献1程舒雯.扫描隧道显微镜性能优化及实用化研究[D].浙江大学,20032张振宇,李鸿琦.基于纳米压痕仪的薄膜力学性能纳米测试与表征研究[D].天津大学,2005参考文献3百度百科4《近代物理学 第3版 》 - 徐克尊，陈向军，陈宏芳编著 2015 谢聆听谢