扫描隧道显微镜简介

作为研究物质微观结构的有力工具,扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy）与其它种类的显微镜相比,它的分辨本领却可以达到10—10米．以量子力学为基础的扫描隧道显微镜,可以在大气、液体、真空状态下工作,可以在4．2K到1000K之间的温度下工作;并且对样品也无特殊要求,可以测量单晶、多晶、非晶等样品表面;特别是扫描隧道显微镜可以与其他实验设备结合,应用更加有效、灵活．因此,扫描隧道显微镜在物理学、化学、生物学、纳米材料等领域中都得到了深入而广泛的应用,并取得了一系列重要的研究成果．     

扫描隧道显微镜及其应用

1扫描隧道显微镜的发展概述在当今的科学技术中，如何观察、测量、分析尺寸小于可见光波长的物体，是一个重要的研究方向．自从1933年德国Ruska和Knoll研制了第一台电子显微镜以来，许多用于表面结构分析的现代仪器相继问世，如透射电子显微镜(transmission electron microscope，     

扫描隧道显微镜的理论研究与应用

根据量子力学中的隧道效应,扫描隧道显微镜已研制成功,在此基础上发展形成了一系列扫描探针显微镜,并在科学研究中得到了广泛的应用。文章通过对扫描隧道显微镜的理论与应用研究的阐述,指明了它在纳米科技发展中的重要作用。     

扫描隧道显微镜(STM)在实验教学中的应用

扫描隧道显微镜(ScanningTunnelingMicmscope)，简称STM，使人们能够适时地观察到物质表面的原子排列状态。在实验教学中，让学生通过对STM的实际操作，真正深入到原子世界，探索其中的奥秘，极大地激发了学生对科学的兴趣。对他们科学素质的养成有着极大的好处。     

能够看见原子的仪器--扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜（STM）的问世，使人类第一次能够实时地观察到原子在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，对表面科学，材料科学，生命科学和微电子技术的研究有着重大的意义和广阔的应用前景，被科学界公认是表面科学和表面现象分析技术的一次革命。     

开设扫描隧道显微镜实验课的尝试

介绍了在大学本科生中开设扫描隧道显微镜(STM)实验课的目的意义、教学内容、教学方法和尝试取得的良好效果。     

自制扫描隧道显微镜探针尖的比较研究

探针对扫描隧道显微镜成像起至关重要的作用。本文分别对电化学腐蚀法自制的钨丝探针和剪切法制得的铂铱探针进行扫描光栅图像比较分析。结果表明,相比铂铱探针,钨丝探针虽然制备繁琐,反应条件不易控制,但是尖锐轴对称形的钨丝探针扫描样品形貌更加细微,用作扫描隧道显微镜探针时扫描成像质量高。该研究为扫描隧道显微镜探针的选用提供了依据。     

在扫描隧道显微镜实验中开展研究性学习

把新成果转化为物理实验,能源源不断地推出新的实验,而这些新的实验又能极大提高学生们对物理实验的兴趣。本文介绍了在新开设的扫描隧道显微镜实验中开展研究性学习的教学实践,介绍了5步教学方法的具体做法及取得的教学效果。     

光子隧道效应与电子隧道效应的比较研究

采用多层膜理论的菲涅尔矩阵系数法导出光子隧道信息的计算公式,并对电子隧道信息进行了光学方法的推导,得到了与量子力学中电子隧道效应一致的公式.此外,比较了光子隧道效应与电子隧道效应的异同.     

制备扫描隧道显微镜针尖的电路设计

为了获得质量较好,经济实惠的扫描隧道显微镜针尖,设计了利用电化学腐蚀法制备针尖的控制电路.该电路包括直流腐蚀控制电路和交流腐蚀控制电路,以及利用比较器实现直流控制电路向交流电路跳转的控制电路.经过计算机仿真实验表明随着腐蚀进行,预设实际电压大于预设参考电压时,可以实现比较器反转和交流腐蚀,达到预设的功能,说明该控制电路可以制备理想的扫描隧道显微镜所用的钨针尖.     

扫描隧道显微镜及其应用

介绍扫描隧道显微镜的物理原理、工作模式、结构和应用.     

扫描探针显微镜在机械教学中的应用

介绍扫描探针显微镜教学演示软件。该软件将CAI技术和SPM技术结合在一起，主要运用文字说明，静态图像，三维动画，模拟仿真等方法，对SPM的初学者进行了SPM的原理介绍和使用培训，可以大大缩短他们的学习时间，并能使其在较短的时间内对SPM有个较为深入和全面的了解。     

AFM-Ⅲ型原子力显微镜在实验教学中的使用

扫描隧道显微镜(MicroNano AFM-Ⅲ型原子力显微镜)，简称原子力显微镜，它集STM、AFM接触／非接触／侧向力／轻敲模式于一体，使人们能够通过实验论证，清晰地观察到物质表面的原子排列状态。在实验教学中，让学生通过实际操作，观察和验证量子力学中的隧道效应，真正深入到原子世界，了解原子结构排列的真实图像，对培养学生科研兴趣和创造性思维，使学生对纳米尺度的进一步了解和深入研究具有极其重要的作用。     

扫描隧道显微镜中扫描与数据采集系统的设计

简要阐述了扫描隧道显微镜的工作原理和组成,重点论述了扫描与数据采集系统的设计,给出了用倒T型的D/A代替常规电位器的扫描电路,实现了对隧道电流的多级放大和对数压缩.     

扫描探针显微镜对纳米尺度铁电畴极化反转的研究

利用扫描探针显微镜(SPM)的压电响应模式(PFM)和电场力响应模式(EFM)对PbTiO3/Pb(Zr0.3Ti0.7)O3/PbTiO3(PT/PZT/PT)夹心结构铁电薄膜的自发极化与纳米尺度电畴反转行为进行了研究。SPM的PFM对薄膜电畴的极化反转研究表明,在相同的有限电压下,薄膜的电畴因不同结构而不能全部反转而取向一致;同时,不对称电极产生的内建电压(场)会导致不同方向上极化反转电压的不同。SPM的EFM不宜用来研究铁电薄膜的自发极化电畴结构,但对电畴的取向极化有较高的区分度,适于研究电畴的取向极化。经正电压极化后,极化的区域呈高电势的亮区;经负电压极化后,表现为低电势的暗亮度区域。     

量子理论及技术的发展

本文简述了在量子力学的发展过程中所带动的激光、半导体、扫描隧道显微镜、量子信息等技术的形成及影响，并借此强调了基础理论对于技术发明的重要性。     

扫描探针显微镜用碳纤维探针的电化学腐蚀制备方法

为了克服传统SPM金属探针的易变形、易磨损、使用寿命短等缺点,利用自主开发的电化学腐蚀控制电路,采用电化学腐蚀法制备了碳纤维探针,并研究了制备工艺条件对碳纤维探针形貌的影响。实验结果表明最佳制备工艺条件为:采用高模量的M55J碳纤维,腐蚀起始电压为4V,参考电压为1V,电解液为4mol/L的NaOH溶液。在此工艺条件下制得了尖端曲率半径约为30nm的碳纤维探针,制备的成功率在50%以上。在室温、大气环境条件下,用上述碳纤维探针对高定向裂解石墨表面进行STM扫图,图像呈现清晰的石墨台阶,说明采用电化学腐蚀法制备的碳纤维探针性能稳定,满足SPM使用的要求。     

对隧道效应的新认识

通过对运用连续性原理来解释隧道效应这一有趣现象，并通过分析几率流来描述连续性原理中“连续” 的物理本质。     

扫描探针显微镜外接扩展Ⅰ/Ⅴ装置的设计与实践

近些年来,各种功能材料纳米区域的伏安特性得到越来越多的关注,并已有大量相关研究成果发布.这些科研的实验工作大多由扫描探针显微镜来完成,然而商用仪器的技术指标固定,提供的直流电压和电流的测量范围有限.通过对日本精工SPA-400扫描探针显微镜的Ⅰ/Ⅴ装置进行基于单片机系统的扩展二次开发,结合自行开发的软件包,大大提高了原系统的Ⅰ/Ⅴ测量范围,可适合多种晶体样本的测量.该设计避免了重新投入造成的成本浪费,值得推广采用.     

初探石墨薄膜的表面结构及导电性

论述了在常温下和在大气状态下,扫描隧道显微镜（STM）在石墨薄膜表面上的电场加工实验,并对作用机理进行了分析,认为表面结构现象生成是场蒸发效应作用的结果,其导电性受外电场力的大小和薄膜层数之间的束缚力的影响。