扫描隧道显微镜

石鑫华视觉

石鑫华机器视觉网：扫描隧道显微镜（英语:scanning tunneling microscope，缩写为STM），亦称为扫描穿隧式显微镜，是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德·宾宁及海因里希·罗雷尔在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明，两位发明者因此与恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。
它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外扫描隧道显微镜在低温下（4K）可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。

                               
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Schematic view of an STM

概述

扫描隧道显微镜是一种利用量子力学的隧道效应的非光学显微镜。
工作方式及理论基础

它主要是利用一根非常细的钨金属探针，针尖电子会跳到待测物体表面上形成穿隧电流，同时，物体表面的高低会影响穿隧电流的大小，针尖随着物体表面的高低上下移动以维持稳定的电流，依此来观测物体表面的形貌。
应用

这种仪器可以观察到物体表面的纳米结构，是显微镜技术的一大进展，也成为往后纳米技术中的主要分析工具，专门用来观测金属或半导体的表面。

                               
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有机半导体喹吖啶酮的超分子链在石墨上自行组装的扫描隧道显微镜影像。

                               
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用扫描隧道显微镜测量得到的量子围栏（quantum corral）影像。图尺寸为25nm宽、16nm高。位于铜原子表面的电子，因为在钴原子围栏内不停弹撞，形成了一波波的涟漪，就好似一颗小石投入池塘后引起的涟漪。

                               
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用扫描隧道显微镜测量得到的单独钴原子在Cu(111)表面上的形貌影像。