扫描探针显微镜的原理

发布网友发布时间：2024-10-08 17:14

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热心网友时间：2024-10-15 14:24

自Ruska和Knoll于1933年发明第一台电子显微镜以来，表面结构分析的科技进步显著，包括TEM、SEM、FEM等。然而，这些技术各有局限，如LEED和AES要求周期性结构，光学显微镜分辨率有限，而TEM主要研究薄层样品，FIM和FIM则局限于极小范围内的原子结构。X射线光电子能谱等技术只能提供平均信息，且对测量环境有特定需求。1982年，STM的诞生，尤其是Binnig和Rohrer的贡献，开创了全新的扫描探针显微镜（SPM）时代，它具有原子级分辨率，实时三维成像，可观察单原子层结构，适应多种环境，且配合衍生技术如STS和力-距离曲线提供了丰富表面信息。SPM与电子显微镜、场离子显微镜相比，设备简单、成本低、操作便捷，对环境要求低，适用于生物样品和多种实验条件下的研究，极大地推动了纳米科技发展并广泛应用。

SPM的出现，如图1所示，显著提升了分辨率，使得科学家能直接观察单个原子和表面的动态变化，包括缺陷、重构和吸附体情况。它的优点还包括工作范围广泛，可在真空、大气甚至液体中进行，且对样品无损伤。此外，与电子显微镜等相比，SPM更易于使用和维护，这使得它在材料科学、生命科学等领域的研究中占据重要地位，成为了八十年代世界十大科技成就之一，并对诺贝尔物理学奖的获得者Binnig和Rohrer的认可做出了贡献。