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愛安德分享掃描探針顯微鏡(SPM)原理

時間:2024/9/19閱讀:179
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愛安德分享掃描探針顯微鏡(SPM)原理

我們將解釋掃描探針顯微鏡中常用的 AFM 和 STM 的原理。通過用細針狀探針的 掃描樣品表面來獲取圖像和位置信息。由于探頭較細并且在原子水平上進行掃描,因此不適合測量不規則性較大的樣品。

1. 掃描隧道顯微鏡(STM)

STM 利用了這樣一個事實:從金屬探針 向樣品發射的隧道電流的強度敏感地取決于絕緣體(之間的真空)的厚度。可以以高分辨率精確測量樣品表面的局部高度,從而可以單獨解析材料表面上的原子(兩個相鄰點之間的最短距離)。此外,通過用探針掃描樣品表面,可以觀察原子尺度上的不均勻圖案。

探頭由鎢或鉑制成,帶有尖頭。當探針和樣品足夠接近,兩個電子云重疊,并施加微小的偏置電壓(用于確定放大器小信號放大的直流電工作點的電壓)時,會產生隧道電流達到隧道效應。

在 STM 中,金屬探針在樣品表面水平(X、Y)移動,探針和樣品之間的距離 (Z) 受到反饋控制,以保持隧道電流恒定。通常,單個原子之間的相互作用是通過使用壓電元件的垂直運動來檢測的,壓電元件的距離可以以小于單個原子尺寸的精度控制。因此,STM在三個維度上具有原子分辨率。壓電元件是利用壓電效應的無源元件,當施加壓力時會產生電壓。



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