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京都玉崎分享掃描探針顯微鏡（SPM）原理
我們將解釋掃描探針顯微鏡中常用的 AFM 和 STM 的原理。通過(guò)用細(xì)針狀探針的 掃描樣品表面來(lái)獲取圖像和位置信息。由于探頭較細(xì)并且在原子水平上進(jìn)行掃描，因此不適合測(cè)量不規(guī)則性較大的樣品。
STM 利用了這樣一個(gè)事實(shí)：從金屬探針 向樣品發(fā)射的隧道電流的強(qiáng)度敏感地取決于絕緣體（之間的真空）的厚度。可以以高分辨率精確測(cè)量樣品表面的局部高度，從而可以單獨(dú)解析材料表面上的原子（兩個(gè)相鄰點(diǎn)之間的最短距離）。此外，通過(guò)用探針掃描樣品表面，可以觀察原子尺度上的不均勻圖案。
探頭由鎢或鉑制成，帶有尖頭。當(dāng)探針和樣品足夠接近，兩個(gè)電子云重疊，并施加微小的偏置電壓（用于確定放大器小信號(hào)放大的直流電工作點(diǎn)的電壓）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生隧道電流達(dá)到隧道效應(yīng)。
在 STM 中，金屬探針在樣品表面水平（X、Y）移動(dòng)，探針和樣品之間的距離 (Z) 受到反饋控制，以保持隧道電流恒定。通常，單個(gè)原子之間的相互作用是通過(guò)使用壓電元件的垂直運(yùn)動(dòng)來(lái)檢測(cè)的，壓電元件的距離可以以小于單個(gè)原子尺寸的精度控制。因此，STM在三個(gè)維度上具有原子分辨率。壓電元件是利用壓電效應(yīng)的無(wú)源元件，當(dāng)施加壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓。
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