第三章 电镜的基本原理（3）AFM 和 STM.ppt

文档介绍：第二章电镜的基本原理和构造
第三节扫描隧道显微镜与原子力显微镜
一、扫描隧道显微镜(STM)
80年代初,(STM),使原位观察固体表面的单个原子的排列状况成为可能。
以扫描隧道电子显微镜为基础,、分析的原子力显微镜(AFM)。
。
将物质表面原子的排列状态转换为图像信息的。在量子隧穿效应中,原子间距离与隧穿电流关系相应。
通过移动着的探针与物质表面的相互作用,表面与针尖间的隧穿电流反馈出表面某个原子间电子的跃迁,由此可以确定出物质表面的单一原子及它们的排列状态。
扫描隧道和原子力电子显微镜

扫描隧道电子显微镜的放大倍数通常可达几千万倍
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用STM测量高定向热解石墨
电子隧道效应
(a) 隧道效应(两金属靠得很近,Ψ T1与Ψ T2是贯穿隧道的电子波。
(b) 隧道电流的形成(加适当电位V,贯穿隧道的电子定向流动。
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STM的工作原理
扫描隧道显微镜以原子尺度的极细探针(针尖)及样品(表面)作为电极,当针尖与样品表面非常接近(约1nm)时,在偏压作用下产生隧道电流。隧道电流(强度)随针尖与样品间距(s)成指数规律变化。
STM工作原理图
两种工作模式
恒电流工作模式
恒高度工作模式
恒电流工作模式
沿表面扫描过程中,反馈电路接受由于样品表面原子排列变化(样品表面起伏的变化)引起的电压信号变化并驱动压电陶瓷使探针沿z方向上下移动,以保持隧道电流在扫描过程中恒定不变。
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恒高度工作模式
沿扫描过程中,探针保持在同一高度,随样品表面起伏的变化(针尖与样品表面间距变化),隧道电流不断的变化。