上海交通大学：《大学物理实验》课程教学资源（PPT课件）扫描隧道显微镜（STM）

扫描隧道显微镜(STM)

扫描隧道显微镜（STM）

Nano View-I型扫描隧道显微镜 研制： 上海交通大学物理实验中心 上海纳科技术发展有限公司 主要技术参数： ”9G有看 扫描范围：5μm×5μm 样品驱进：马达自动驱进 +手动螺纹 分辨率： 原子分辨

NanoView-I 型扫描隧道显微镜 研制： 上海交通大学物理实验中心 上海纳科技术发展有限公司 主要技术参数： 扫描范围：5m×5 m 样品驱进：马达自动驱进 +手动螺纹 分辨率： 原子分辨

Nano View-I型扫描隧道显微镜 1997年研制，并投入教学使用； 1998年通过上海市科委鉴定； 1999年获全国工科物理实验教学仪器一等奖： •2000年世界银行贷款“高等教育发展”项目中标； ·目前已有清华、复旦、科大、同济、东南大学、中山、 华中科技、西北大学、北方交大、大连理工、西北工 业、重大、华南师范等十几所高校使用

NanoView-I 型扫描隧道显微镜 •1997年研制，并投入教学使用； •1998年通过上海市科委鉴定； •1999年获全国工科物理实验教学仪器一等奖； •2000年世界银行贷款“高等教育发展”项目中标； •目前已有清华、复旦、科大、同济、东南大学、中山、 华中科技、西北大学、北方交大、大连理工、西北工 业、重大、华南师范等十几所高校使用

·引言 STM基本原理 STM仪器的基本构成 STM实验技术的主要问题 STM实验的教学应用

• 引言 • STM基本原理 • STM仪器的基本构成 • STM实验技术的主要问题 • STM实验的教学应用

·人眼的分辨率为104米 ·光学显微镜分辨率为107米 扫描透射电子显微镜分辨率为100米 场离子显微镜分辨率为1010米 不能对原子直接观察和操纵！

不能对原子直接观察和操纵！ • 人眼的分辨率为10-4米 • 光学显微镜分辨率为10-7米 • 扫描透射电子显微镜分辨率为10-10米 • 场离子显微镜分辨率为10-10米

为表彰$TM的发明者们对科学研究的杰出贡献， 1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖。 G.Binning H.Rohrer

为表彰STM的发明者们对科学研究的杰出贡献， 1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖。 G.Binning H.Rohrer

$TM的独特优点 。具有原子级高分辨率，分辨率横向0.lnm、纵向 0.01nm。 ·可实时地得到在实空间中表面的三维图象。 可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至 可将样品浸在水和其它溶液中，不需要特别的制 样技术，且探测过程对样品无损伤。 ·可用来移动和操纵单个原子和分子。 ·价格便宜

STM的独特优点 • 具有原子级高分辨率，分辨率横向0.1nm、纵向 0.01nm。 • 可实时地得到在实空间中表面的三维图象。 • 可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至 可将样品浸在水和其它溶液中，不需要特别的制 样技术，且探测过程对样品无损伤。 • 可用来移动和操纵单个原子和分子。 • 价格便宜

扫描隧道显微镜(STM) 的工作 原理是基于量子力学的隧道效应 E a 图量子力学中的隧道效应

扫描隧道显微镜（STM）的工作 原理是基于量子力学的隧道效应。 V0 E a 图1 量子力学中的隧道效应

透射系数 T 16E(V-E) 义 T与势垒宽度a、能量差(VE)以及粒子的质量m 有着很敏感的依赖关系，随着α的增加，T将指数 衰减，因此在宏观实验中，很难观察到粒子隧穿 势垒的现象

透射系数 2 ( ) 2 2 0 0 16 m V0 E a e V E V E T − − −  （ ）  T与势垒宽度a、能量差（V0 -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，因此在宏观实验中，很难观察到粒子隧穿 势垒的现象

隧道电流是电子波函数重叠的量度，与针尖和 样品之间距离S和平均功函数Φ有关。 I V exp(-AΦ2S) V是加在针尖和样品之间的偏置电压， Φ[=（Φ，+Φ）/2]是平均功函数，Φ和Φ，分别 为针尖和样品的功函数，A为常数，在真 空条件下约等于1

隧道电流是电子波函数重叠的量度，与针尖和 样品之间距离S和平均功函数Φ有关。 exp( ) 2 1 I Vb −A S Vb是加在针尖和样品之间的偏置电压， Φ[ =(Φ1 +Φ2 )/2]是平均功函数,Φ1和Φ2分别 为针尖和样品的功函数，A为常数，在真 空条件下约等于1