YYVIP易游扫描隧道显微镜ppt

　　YYVIP易游·(中国有限公司)官方网站扫描隧道显微镜 Scanning Tunneling Microscope (STM) 李晓萌 s20111434 扫描隧道显微镜 Scanning Tunneling Microscope (STM) VII. 新型扫描隧道显微镜 ?自从 1933 年德国科学家 Ruska 和 Knoll 等人在柏林制成第一台电子显微镜后,几十年来,有许多用于表面结构分析的现代仪器先后问世。如投射电子显微镜( TEM )、扫描电子显微镜( SEM )、场离子显微镜( FEM )等。但任何一种技术在应用上都会存在这样或那样的局限性。?1982 年, IBM (国际商业机器)公司苏黎世实验室的葛宾尼( Gerd Binning )博士和海罗雷尔( Heinrich Rohrer )博士及其同事们共同研制成功了世界上第一台新型的表面分析仪器——扫描隧道显微镜( Scanning Tunneling Microscope ,简称 STM ) 。? STM 的出现使人类第一次能够实时地观察单个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。在表面科学、材料科学、生命科学等方面有广阔的应用前景。 ,当一粒子的动能 E低于前方势垒高度 V 0时,它不可能越过此势垒,即透射系数等于零,粒子将完全被弹回。而按照量子力学的计算, 在一般情况下,其透射系数不等于零,也就是说,粒子可以穿过比它的能量更高的势垒,这就是隧道效应。根据量子力学的波动理论,粒子穿过势垒的透射系数由式中可见,透射系数 T与势垒高度 a、能量差( V 0 -E) 以及粒子的质量 m有着很敏感的依赖关系,随着 a的增加, T将指数衰减。 ,通过探测固体表面原子中的电子的隧道电流来分辨固体表面形貌的新型显微装置。根据量子力学理论,由于电子的隧道效应,金属中的电子并不完全局限于金属表面之内,电子云密度并不是在表面边界处突变为零。在金属表面以外,电子云密度呈指数衰减,衰减长度约为 1nm 。用一个极细的、只有原子线度的金属针尖作为探针,将它与被研究物质(称为样品)的表面作为两个电极,当样品表面与针尖非常靠近(距离 1nm) 时,两者的电子云略有重叠,如图所示。若在两极间加上电压 V b,在电场作用下电子就会穿过两个电极之间的势垒,通过电子云的狭窄通道流动,从一极流向另一极, 形成隧道电流 I。隧道电流 I的大小与针尖和样品间的距离 S以及样品表面平均势垒的高度有关, 其关系式为: 由此可见,隧道电流 I 对针尖与样品表面之间的距离S极为敏感,如果 S减小 ,隧道电流就会增加一个数量级。当针尖在样品表面上方扫描时,即使其表面只有原子尺度的起伏,也将通过其隧道电流显示出来。借助于电子仪器和计算机,在屏幕上即显示出样品的表面形貌。 III. 工作模式 I,使其保持恒定。再通过计算机系统控制针尖在样品表面扫描,即是使针尖沿 x、y两个方向作二维运动。由于要控制隧道电流 I不变,针尖与样品表面之间的局域高度也会保持不变,因而针尖就会随着样品表面的高低起伏而作相同的起伏运动,高度的信息也就由此反映出来。这就是说, STM 得到了样品表面的三维立体信息。这种工作方式获取图象信息全面,显微图象质量高,应用广泛。 , 于是针尖与样品表面的局域距离将发生变化,隧道电流 I的大小也随着发生变化;通过计算机记录隧道电流的变化,并转换成图像信号显示出来,即得到了 STM 显微图像。这种工作方式仅适用于样品表面