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隧道扫描电子显微镜的原理是什么

扫描电镜(SEM/EDS)

  • 隧道扫描电子显微镜的原理是什么?
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  • gadxczq

    第1楼2006/09/29

    请大虾回答一下啦!!

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  • gadxczq

    第2楼2006/09/29

    请各位大虾回答一下啦!

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  • 常怀千岁忧

    第3楼2006/09/29

    [转载]扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,STM)是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德·宾宁 (Gerd K.Binnig)及亨利希·罗勒(Heinrich Rohrer)在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明,两位发明者因此与厄恩斯特·鲁什卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。作为一种扫描探针显微术工具,扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个 原子,它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外扫描隧道显微頜在低温下可以利用探针尖端精确操纵原子,因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。
    隧道显微镜的原理是巧妙地利用了物理学上的隧道效应及隧道电流。金属体内存在大量"自由"电子,这些"自由"电子在金属体内的能量分布集中于费米能级附近,而在金属边界上则存在一个能量比费米能级高的势垒。因此,从经典物理学来看,在金属内的"自由"电子,只有能量高于边界势垒的那些电子才有可能从金属内部逸出到外部。但根据量子力学原理,金属中的自由电子还具有波动性,这种电子波在向金属边界传播而遇到表面势垒时,会有一部分透射。也就是说,会有部分能量低于表面势垒的电子能够穿透金属表面势垒,形成金属表面上的"电子云"。这种效应称为隧道效应。所以,当两种金属靠得很近时(几纳米以下),两种金属的电子云将互相渗透。当加上适当的电压时,即使两种金属并未真正接触,也会有电流由一种金属流向另一种金属,这种电流称为隧道电流。
    隧道电流和隧道电阻随隧道间隙的变化非常敏感,隧道间隙即使只发生0.01nm的变化,也能引起隧道电流的显著变化。
    如果用一根很尖的探针(如钨针)在距离该光滑样品表面上十分之几纳米的高度上平行于表面在x,y方向扫描,由于每个原子有一定大小,因而在扫描过程中隧道间隙就会随x,y的不同而不同,流过探针的隧道电流也不同。即使是百分之几纳米的高度变化也能在隧道电流上反映出来。利用一台与扫描探针同步的记录仪,将隧道电流的变化记录下来,即可得到分辨本领为百分之几纳米的STM图像。

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  • 1031

    第4楼2008/01/02

    顶!

    narcisus 发表:[转载]扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,STM)是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德·宾宁 (Gerd K.Binnig)及亨利希·罗勒(Heinrich Rohrer)在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明,两位发明者因此与厄恩斯特·鲁什卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。作为一种扫描探针显微术工具,扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个 原子,它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外扫描隧道显微頜在低温下可以利用探针尖端精确操纵原子,因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。
    隧道显微镜的原理是巧妙地利用了物理学上的隧道效应及隧道电流。金属体内存在大量"自由"电子,这些"自由"电子在金属体内的能量分布集中于费米能级附近,而在金属边界上则存在一个能量比费米能级高的势垒。因此,从经典物理学来看,在金属内的"自由"电子,只有能量高于边界势垒的那些电子才有可能从金属内部逸出到外部。但根据量子力学原理,金属中的自由电子还具有波动性,这种电子波在向金属边界传播而遇到表面势垒时,会有一部分透射。也就是说,会有部分能量低于表面势垒的电子能够穿透金属表面势垒,形成金属表面上的"电子云"。这种效应称为隧道效应。所以,当两种金属靠得很近时(几纳米以下),两种金属的电子云将互相渗透。当加上适当的电压时,即使两种金属并未真正接触,也会有电流由一种金属流向另一种金属,这种电流称为隧道电流。
    隧道电流和隧道电阻随隧道间隙的变化非常敏感,隧道间隙即使只发生0.01nm的变化,也能引起隧道电流的显著变化。
    如果用一根很尖的探针(如钨针)在距离该光滑样品表面上十分之几纳米的高度上平行于表面在x,y方向扫描,由于每个原子有一定大小,因而在扫描过程中隧道间隙就会随x,y的不同而不同,流过探针的隧道电流也不同。即使是百分之几纳米的高度变化也能在隧道电流上反映出来。利用一台与扫描探针同步的记录仪,将隧道电流的变化记录下来,即可得到分辨本领为百分之几纳米的STM图像。

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