stm的原理是什么

Question

如题所述

Answer 1

STM的工作原理

　　STM是利用量子隧道效应工作的。若以金属针尖为一电极，被测固体样品为另一电极，当他们之间的距离小到1nm左右时，就会出现隧道效应，电子从一个电极穿过空间势垒到达另一电极形成电流。且其中Ub：偏置电压；k：常数，约等于1，Φ1/2：平均功函数，S：距离。

　　从上式可知，隧道电流与针尖样品间距S成负指数关系。对于间距的变化非常敏感。因此，当针尖在被测样品表面做平面扫描时，即使表面仅有原子尺度的起伏，也会导致隧道电流的非常显著的、甚至接近数量级的变化。这样就可以通过测量电流的变化来反应表面上原子尺度的起伏，如下图右边所示。这就是STM的基本工作原理，这种运行模式称为恒高模式（保持针尖高度恒定）。

　　STM还有另外一种工作模式，称为恒流模式，如下图左边。此时，针尖扫描过程中，通过电子反馈回路保持隧道电流不变。为维持恒定的电流，针尖随样品表面的起伏上下移动，从而记录下针尖上下运动的轨迹，即可给出样品表面的形貌。

　　恒流模式是STM常用的工作模式，而恒高模式仅适于对表面起伏不大的样品进行成像。当样品表面起伏较大时，由于针尖离样品表面非常近，采用恒高模式扫描容易造成针尖与样品表面相撞，导致针尖与样品表面的破坏

Answer 2

四大显微设备：SEM、TEM、AFM、STM，相信大家并不陌生，特别是学材料的小伙伴们。

那它们的工作原理呢？

嗯。。。

这个。。。

可能还不太清楚。。。

下面，跟大家分享一些超棒的动画和图片，有趣的表达方式，让您轻松了解它们的工作原理，跟枯燥乏味的各种分析说拜拜啦！

01.扫描电子显微镜（SEM）
SEM是利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制成像的。

SEM是采用逐点成像的方法，把样品表面不同的特征，按顺序和比例转化为图像，如二次电子像

背散射电子像等

扫描电镜的优点是：

（1）有较高的放大倍数；

（2）有很大的景深，视野大，成像富有立体感

（3）试样制备简单。

实例图片：

02.透射电子显微镜（TEM）
TEM是聚焦电子束投射到非常薄的样品上，透过样品的透射电子束或衍射电子束所形成的图像来分析样品内部的微观组织结构。

TEM常用于研究纳米材料的结晶情况，观察纳米粒子的形貌、分散情况及测量和评估纳米粒子的粒径。

实例图片：

03.扫描隧道显微镜（STM）
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。一根携带小小的电荷的探针慢慢地通过材料，一股电流从探针流出，通过整个材料，到底层表面。当探针通过单个的原子，通过流过探针的电流量波动，得到图片。

实例图片：

04.原子力显微镜（AFM）
AFM通过检测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的针尖接近样品，通过其相互作用，使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。利用传感器检测这些变化来获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。

AFM分为接触式、非接触式和轻敲式。

原子力显微镜的优点：

（1）AFM提供真正的三维表面图。

（2）不会对样品造成伤害。

（3）更为广泛的适用性。