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更新时间:2026-02-17点击次数:

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  海因里希·罗雷尔(Heinrich Rohrer,1933年6月6日-2013年5月16日),瑞士物理学家,生于圣加伦州布克斯市。1960年获苏黎世联邦理工学院实验物理博士学位,后加入IBM苏黎世实验室,主要从事Kondo问题和反铁磁研究。1981年与格尔德·宾宁共同发明扫描隧道显微镜,并于1983年首次在硅单晶表面直接观测到周期性排列的硅原子阵列。因该发明与宾宁、恩斯特·鲁斯卡(电子显微镜发明者)共同获得1986年诺贝尔物理学奖。

  扫描隧道显微镜基于量子隧穿效应,通过探测探针与样品表面间的隧穿电流实现原子级分辨率成像,工作模式分为恒流式与恒高式。该仪器可应用于半导体工业表面测量及基础科学研究,并衍生出近20种科学探测仪器。罗雷尔于2013年5月16日在瑞士逝世,享年80岁。[1][4][5][7][8]

  (英语:Scanning tunneling microscope,缩写为STM),是一种利用量子隧穿效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德·宾宁海因里希·罗雷尔IBM位于的苏黎世实验室发明,两位发明者因此与电子显微镜的发明者恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。

  扫描隧道显微镜技术是扫描探针显微术的一种,基于对探针和表面之间的隧穿电流大小的探测,可以观察表面上单原子级别的起伏。此外,扫描隧道显微镜在低温下可以利用探针尖端精确操纵单个分子或原子,因此它不仅是重要的微纳尺度测量工具,又是颇具潜力的微纳加工工具。

  扫描隧道显微镜的测量干扰主要来源于机械震动和电噪音,因此需要在有较高防震水平的防震台上工作。

  其机械部分的实现难点在于如何驱动针尖或样品在微纳尺度范围内做精确运动,因此用到了压电陶瓷管。

  其电子控制部分的实现难点在于如何将微纳量级的隧穿电流转化为可以处理的信号,因此用到了前级放大器。

  针尖受压电陶瓷管驱动,在x和y方向上进行扫描,而z方向上的运动可分为恒流式和恒高式。

  在恒流模式下,压电陶瓷管受反馈电路控制,保持针尖和样品之间的隧穿电流保持恒定的设定电流值。为了保持隧穿电流恒定,压电陶瓷管需要根据表面起伏在z方向上下运动,该运动轨迹反映了表面的起伏情况。以z的值在xy空间上做二维图,就得到了表面的高度起伏像。

  在恒高模式下,压电陶瓷管在z方向上保持恒定。以探测到的隧穿电流的值在xy空间上做二维图,就得到了隧穿电流变化像。

  学习一项仪器技术的最好方法莫过于自己搭建一台这样的仪器。有一些STM技术爱好者在网上发表了扫描隧道显微镜的DIY教程,为这一技术的推广起到了积极作用。

  扫描隧道显微镜目前的主要应用领域为基础科学研究,包括模型催化研究、超导、单分子(原子)磁体、纳米器件学等。在工业领域的主要应用为半导体表面形貌测量,例如线]

  [1]R. V. Lapshin (2011). Feature-oriented scanning probe microscopy. In H. S. Nalwa. Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology (PDF). 14. USA: American Scientific Publishers. pp. 105–115. ISBN 1-58883-163-9.

  [2]Roland Wiesendanger (1994). Scanning probe microscopy and spectroscopy: methods and applications. Cambridge University Press. ISBN 0-521-42847-5.

  [3]Heinrich Rohrer—Facts.li class=j-reference-item data-type=1 data-index=3 data-uuid=uh6mi4fx598r

  [4]扫描隧道显微镜发明者罗雷尔逝世 享年80岁.深圳市少年宫网站.2013-05-21

  [5]科研干货丨一文带你了解扫描隧道显微镜原理、特点及应用 附检测中心STM设备参数.腾讯网.2024-06-03

  [6]【物理】“从爱因斯坦到纳米技术”诺贝尔物理学奖获得者走进武大.武汉大学.2012-03-22

  [8]诺贝尔物理学奖得主Heinrich Rohrer教授莅临实验室参观指导工作.华中科技大学.2012-03-16

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