扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜(STM)类型的显微镜的工作原理是基于量子机械的现象称为隧道的波状的性质电子允许他们“隧道”超出了固体的表面区域的空间,禁止他们在古典的规则物理。的概率等隧道电子减少指数表面的距离增加。STM利用这种极端敏感的距离。的尖端钨针定位几埃样品表面。一个小电压探针针尖和表面,导致电子隧道穿过缺口。随着探针扫描表面,寄存器的隧穿电流的变化,此信息可以提供的地形图像表面处理。

STM出现在1981年,当瑞士物理学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer着手建立一个学习当地的表面电导率的工具。Binnig和Rohrer选择的表面黄金他们的第一个图像。当电视显示器的图像显示在屏幕上,他们看到一排排的精确的原子和广泛梯田由一个原子的步骤。Binnig和Rohrer了扫描隧道显微镜的一个简单的方法来创建一个直接形象表面的原子结构。他们发现了一个新时代的表面科学,他们的令人印象深刻的成就是公认的奖项诺贝尔奖1986年物理学奖。

工作原理

扫描隧道显微镜是一个电子显微镜它的分辨率足以解决单个原子。扫描隧道显微镜的尖端是相似的扫描电子显微镜(SEM),但不同的两种乐器是深远的。在SEM,电子提取从一系列的带正电的盘子放在下游从几厘米。电子的先端尖是局限于内的地区金属由一个潜在的障碍。有吸引力的力从板块上的正电荷就足以允许电子克服障碍和进入真空自由粒子。光阑的下游板块形成一个电子镜头发散的光束从产生的能量转换成束会聚到关注样品的表面。

STM,板块形成透镜SEM中移除,并提示定位接近示例。电子穿过屏障的方式类似于电子在金属的运动。似乎在金属,电子自由移动的粒子,但这不过是一场虚幻。在现实中,电子从原子,原子通过隧道两个原子之间的势垒的网站。在一个典型的情况下,原子间距为5埃,有一定的电子会穿透屏障和移动相邻原子。电子围绕原子核运动,和他们的方法的障碍与频率10¹⁷每秒。每种方法的障碍,隧道的概率是10⁻⁴,电子的速度穿过屏障10¹³每秒。这种高转移率意味着运动本质上是连续和隧道可以忽略在金属。

隧道在STM不容忽视;事实上,这是最重要的。提示与样品移动接近时,提示和表面之间的间距减少到一个价值与邻近的原子在晶格之间的间距。在这种情况下,隧道电子可以移动到邻近的原子在晶格或原子的调查。隧穿电流的措施在样品的表面电子的密度,这显示在图像的信息。在半导体,如硅,在电子密度达到最大值附近的原子站点。密度极大值图像中表现为亮点,这些定义原子的空间分布。在金属,另一方面,电子电荷均匀分布在整个表面。隧穿电流图像应该显示一个统一的背景,但事实并非如此。之间的交互提示和示例的电子密度在一定程度上扰乱隧穿电流略有增加时上面的提示直接定位表面原子。的周期性的数组原子的图像清晰可见的材料,如黄金,铂,银,镍,铜。