1樓：
掃瞄隧道顯微鏡的工作原理：
就如同一根唱針掃過一張唱片，一根探針慢慢地通過要被分析的材料（針尖極為尖銳，僅僅由乙個原子組成）。乙個小小的電荷被放置在探針上，一股電流從探針流出，通過整個材料，到底層表面。
當探針通過單個的原子，流過探針的電流量便有所不同，這些變化被記錄下來。電流在流過乙個原子的時候有漲有落，如此便極其細緻地探出它的輪廓。在許多的流通後，通過繪出電流量的波動，人們可以得到組成乙個網格結構的單個原子的美麗**。
掃瞄隧道顯微鏡 scanning tunneling microscope 縮寫為stm。它作為一種掃瞄探針顯微術工具，掃瞄隧道顯微鏡可以讓科學家觀察和定位單個原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的解析度。
此外，掃瞄隧道顯微鏡在低溫下（4k）可以利用探針尖端精確操縱原子，因此它在奈米科技既是重要的測量工具又是加工工具。
2樓：我侃
掃瞄隧道顯微鏡是根據量子力學中的隧道效應原理，通過探測固體表面原子中電子的隧道電流來分辨固體表面形貌的新型顯微裝置。
根據量子力學原理，由於電子的隧道效應，金屬中的電子並不完全侷限於金屬表面之內，電子雲密度並不是在表面邊界處突變為零。在金屬表面以外，電子雲密度呈指數衰減，衰減長度約為1nm。用乙個極細的、只有原子線度的金屬針尖作為探針，將它與被研究物質(稱為樣品)的表面作為兩個電極，當樣品表面與針尖非常靠近(距離＜1nm)時，兩者的電子雲略有重疊，如圖2所示。
若在兩極間加上電壓u，在電場作用下，電子就會穿過兩個電極之間的勢壘，通過電子雲的狹窄通道流動，從一極流向另一極，形成隧道電流 i 。隧道電流 i 的大小與針尖和樣品間的距離 s 以及樣品表面平均勢壘的高度 有關，其關係為 ，式中a為常量。 如果s以 nm為單位， 以ev為單位，則在真空條件下，a ≈1， 。
由此可見，隧道電流 i 對針尖與樣品表面之間的距離 s 極為敏感，如果 s 減小0.1nm，隧道電流就會增加乙個數量級。當針尖在樣品表面上方掃瞄時，即使其表面只有原子尺度的起伏，也將通過其隧道電流顯示出來。
借助於電子儀器和計算機，在螢幕上即顯示出樣品的表面形貌。
一般說來，掃瞄隧道顯微鏡由掃瞄隧道顯微鏡主體、控制電路、控制計算機(測量軟體和資料處理軟體)三大部分組成。掃瞄隧道顯微鏡主體包括針尖的平面掃瞄機構、樣品與針尖間距控制調節機構及系統與外界振動的隔離裝置。
常用的stm針尖安放在乙個可進行三維運動的壓電陶瓷支架上，如圖2所示，lx、ly、lz分別控制針尖在x、y、z方向上的運動。在lx、ly上施加電壓，便可使針尖沿表面掃瞄；測量隧道電流 i ，並以此反饋控制施加在lz上的電壓vz；再利用計算機的測量軟體和資料處理軟體將得到的資訊在螢幕上顯示出來。
stm有兩種工作方式。一種稱為恆電流模式，如圖4所示。利用一套電子反饋線路控制隧道電流 i ，使其保持恆定。
再通過計算機系統控制針尖在樣品表面掃瞄，即是使針尖沿x、y兩個方向作二維運動。由於要控制隧道電流 i 不變，針尖與樣品表面之間的局域高度也會保持不變，因而針尖就會隨著樣品表面的高低起伏而作相同的起伏運動，高度的資訊也就由此反映出來。這就是說，stm得到了樣品表面的三維立體資訊。
這種工作方式獲取圖象資訊全面，顯微圖象質量高，應用廣泛。
另一種工作模式是恆高度工作，如圖5所示。在對樣品進行掃瞄過程中保持針尖的絕對高度不變；於是針尖與樣品表面的局域距離 s 將發生變化，隧道電流i的大小也隨著發生變化；通過計算機記錄隧道電流的變化，並轉換成影象訊號顯示出來，即得到了stm顯微影象。這種工作方式僅適用於樣品表面較平坦、且組成成分單一(如由同一種原子組成)的情形。
從stm的工作原理可以看到：stm工作的特點是利用針尖掃瞄樣品表面，通過隧道電流獲取顯微影象，而不需要光源和透鏡。這正是得名"掃瞄隧道顯微鏡"的原因。
3樓：匿名使用者
儀器簡介
掃瞄探針顯微鏡是指一類通過微小探針在樣品表面掃瞄，將探針與樣品表面間的相互作用轉換為表面形貌和特性影象的顯微鏡。它提供了表面的三維高空間分辨的影象。
掃瞄探針顯微鏡(spm)主要包括掃瞄隧道顯微鏡(stm)和原子力顯微鏡(afm)兩種功能。完整的掃瞄探針顯微鏡由控制系統和顯微鏡系統組成。
掃瞄隧道顯微鏡的工作原理是利用電子隧道現象，將樣品本身作為一具電極，另乙個電極是一根非常尖銳的探針。把探針移近樣品，並在兩者之間加上電壓，當探針和樣品表面相距只有數十埃時，由於隧道效應在探針與樣品表面之間就會產生隧穿電流，並保持不變。若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也將使穿電流發生成千上萬倍的變化。
這些資訊輸入電子計算機，經過處理即可在螢光屏上顯示出一幅物體的三維影象。掃瞄隧道顯微鏡一般用於導體和半導體表面的測定。
原子力顯微鏡主要包括接觸模式、非接觸模式和輕敲模式。乙個對力非常敏感的微懸臂，其尖端有乙個微小的探針，當探針輕微地接觸、接近或輕敲樣品表面時，由於探針尖端的原子與樣品表面的原子之間產生極其微弱的相互作用力而使微懸臂彎曲，將微懸臂彎曲的形變訊號轉換成光電訊號並進行放大，就可以得到原子之間力的微弱變化的訊號。這些資訊輸入電子計算機，經過處理即可在螢光屏上顯示出一幅物體的三維影象。
multimode ns3a具有掃瞄隧道顯微鏡模式，接觸模式afm，非接觸模式afm，輕敲模式afm,相位成像模式afm。
掃瞄隧道顯微鏡工作原理是怎樣的？求答案
4樓：梠康猶
掃瞄隧道顯微鏡是根據量子力學中的隧道效應原理，通過探測固體表面原子中電子的隧道電流來分辨固體表面形貌的新型顯微裝置。根據量子力學原理，由於電子的隧道效應，金屬中的電子並不完全侷限於金屬表面之內，電子雲密度並不是在表面邊界處突變為零。在金屬表面以外，電子雲密度呈指數衰減，衰減長度約為1nm。
用乙個極細的、只有原子線度的金屬針尖作為探針，將它與被研究物質(稱為樣品)的表面作為兩個電極，當樣品表面與針尖非常靠近(距離＜1nm)時，兩者的電子雲略有重疊，如圖1所示。若在兩極間加上電壓u，在電場作用下，電子就會穿過兩個電極之間的勢壘，通過電子雲的狹窄通道流動，從一極流向另一極，形成隧道電流 i 。隧道電流 i 的大小與針尖和樣品間的距離 s 以及樣品表面平均勢壘的高度 有關，其關係為 ，式中a為常量。
如果s以 nm為單位， 以ev為單位，則在真空條件下，a ≈1， 。由此可見，隧道電流 i 對針尖與樣品表面之間的距離 s 極為敏感，如果 s 減小0.1nm，隧道電流就會增加乙個數量級。
當針尖在樣品表面上方掃瞄時，即使其表面只有原子尺度的起伏，也將通過其隧道電流顯示出來。借助於電子儀器和計算機，在螢幕上即顯示出樣品的表面形貌。一般說來，掃瞄隧道顯微鏡由掃瞄隧道顯微鏡主體、控制電路、控制計算機(測量軟體和資料處理軟體)三大部分組成。
掃瞄隧道顯微鏡主體包括針尖的平面掃瞄機構、樣品與針尖間距控制調節機構及系統與外界振動的隔離裝置。常用的stm針尖安放在乙個可進行三維運動的壓電陶瓷支架上，如圖2所示，lx、ly、lz分別控制針尖在x、y、z方向上的運動。在lx、ly上施加電壓，便可使針尖沿表面掃瞄；測量隧道電流 i ，並以此反饋控制施加在lz上的電壓vz；再利用計算機的測量軟體和資料處理軟體將得到的資訊在螢幕上顯示出來。
stm有兩種工作方式。一種稱為恆電流模式，如圖3所示。利用一套電子反饋線路控制隧道電流 i ，使其保持恆定。
再通過計算機系統控制針尖在樣品表面掃瞄，即是使針尖沿x、y兩個方向作二維運動。由於要控制隧道電流 i 不變，針尖與樣品表面之間的局域高度也會保持不變，因而針尖就會隨著樣品表面的高低起伏而作相同的起伏運動，高度的資訊也就由此反映出來。這就是說，stm得到了樣品表面的三維立體資訊。
這種工作方式獲取圖象資訊全面，顯微圖象質量高，應用廣泛。 另一種工作模式是恆高度工作，如圖4所示。在對樣品進行掃瞄過程中保持針尖的絕對高度不變；於是針尖與樣品表面的局域距離 s 將發生變化，隧道電流i的大小也隨著發生變化；通過計算機記錄隧道電流的變化，並轉換成影象訊號顯示出來，即得到了stm顯微影象。
這種工作方式僅適用於樣品表面較平坦、且組成成分單一(如由同一種原子組成)的情形。 從stm的工作原理可以看到：stm工作的特點是利用針尖掃瞄樣品表面，通過隧道電流獲取顯微影象，而不需要光源和透鏡。
這正是得名"掃瞄隧道顯微鏡"的原因。]
5樓：無殤
儀器簡介掃瞄探針顯微鏡是指一類通過微小探針在樣品表面掃瞄，將探針與樣品表面間的相互作用轉換為表面形貌和特性影象的顯微鏡。它提供了表面的三維高空間分辨的影象。
掃瞄探針顯微鏡(spm)主要包括掃瞄隧道顯微鏡(stm)和原子力顯微鏡(afm)兩種功能。完整的掃瞄探針顯微鏡由控制系統和顯微鏡系統組成。
掃瞄隧道顯微鏡的工作原理是利用電子隧道現象，將樣品本身作為一具電極，另乙個電極是一根非常尖銳的探針。把探針移近樣品，並在兩者之間加上電壓，當探針和樣品表面相距只有數十埃時，由於隧道效應在探針與樣品表面之間就會產生隧穿電流，並保持不變。若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也將使穿電流發生成千上萬倍的變化。
這些資訊輸入電子計算機，經過處理即可在螢光屏上顯示出一幅物體的三維影象。掃瞄隧道顯微鏡一般用於導體和半導體表面的測定。
原子力顯微鏡主要包括接觸模式、非接觸模式和輕敲模式。乙個對力非常敏感的微懸臂，其尖端有乙個微小的探針，當探針輕微地接觸、接近或輕敲樣品表面時，由於探針尖端的原子與樣品表面的原子之間產生極其微弱的相互作用力而使微懸臂彎曲，將微懸臂彎曲的形變訊號轉換成光電訊號並進行放大，就可以得到原子之間力的微弱變化的訊號。這些資訊輸入電子計算機，經過處理即可在螢光屏上顯示出一幅物體的三維影象。
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