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掃瞄探針顯微鏡(SPM)基本原理
掃描隧道顯微鏡(STM)
 
掃瞄隧道顯微鏡(STM)
           
  奈米科學技術的研究工具是掃瞄隧道顯微鏡,它是一種新型的表面分析工具,能夠操縱原子。掃瞄隧道顯微鏡,實際上就是一個由電子計算機操縱控制的長探針,它的 一頭變得越來越細,細到尖端就只有幾個原子的厚度了。利用探針和材料平面間的電流,科學家們可以用STM調度材料平面上的原子,而且通過調節電流的大小, 可逐個地把原子吸起來並放置到其他地方。
  STM具有空間的高分辨率(橫向可達0.1nm,縱向可優於0.01nm),能直接觀察到物質表面的原子結構,把人們帶到了微觀世界。它的基本原理是基於 量子隧道效應和掃瞄。它是用一個極細的針尖(針尖頭部為單個原子)去接近樣品表面,當針尖和表面靠得很近時(<1Hm),針尖頭部原子和樣品表面原子的電 子雲發生重迭,若在針尖和樣品之間加上一個偏壓、電子便會通過針尖和樣品構成的勢壘而形成隧道電流。通過控制針尖與樣品表面間距的恆定並使針尖沿表面進行 精確的三維移動,就可把表面的信息;(表面形貌和表面電子態)記錄下來。由於STM具有原子級的空間分辨率和廣泛的適用性,國際上掀起了研製和應用STM 的熱潮,推動了納米科技的發展。
 
   
           
 
STM
奈米算盤
硅表面  
           
  利用STM,可以對材料表面進行納米加工,包括對原子、分子的操縱,對表面進行刻蝕。1990年4月,美國國際商用機器公司的科學家宣佈,他們用掃瞄隧道顯微鏡操縱氙原子,用35個原子排出了"IBM"字樣;
           
 
     
           
   1991年7月該公司的研究人員又將單個或成團的硅原子移動到預定的位置上。據英國報導,他們已研製出一種大小只有4納米的複雜分子,具有"開"和"關" 的特性。用SIM操縱原子、分子已得到了一系列結果。同時,利用STM對表面進行納米刻蝕也獲得了一些令人鼓舞的結果。聚集的束流可以在一非常局域的區域 提供能量使化學物質分解,分解產物包括沉到表面的金屬物質或參與刻蝕反應的腐蝕物質。最近我國用自製的STM在石墨表面刻寫出線寬為10nm的字符和圖 案,這為製作高密度的存儲信息元件和納米尺度的電子元件提供了經驗。
     
   
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