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。