《扫描隧道显微镜》课件.pptx
《扫描隧道显微镜》ppt课件
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引言
STM的工作原理
STM的实验技术
STM的发展与未来
STM的挑战与限制
结论
目录
CONTENT
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引言
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1981年，IBM苏黎世研究实验室的宾宁（GerdBinnig）和罗雷尔（HeinrichRohrer）发明了扫描隧道显微镜（STM），这一发明被授予了1986年的诺贝尔物理学奖。
STM技术的出现，使得科学家们能够直接观察到物质表面原子排列的形貌，开启了纳米科技的新篇章。
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STM基于量子力学中的隧道效应，当原子尺度的针尖在样品表面上方几纳米的高度扫描时，针尖与样品之间产生隧道效应，从而得到样品表面的形貌信息。
STM通过测量针尖与样品间的电流大小，可以精确地确定样品表面的原子排列，其分辨率可以达到原子级别。
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STM在表面科学、材料科学、生物学等领域有着广泛的应用，可以用于研究表面结构、表面反应、生物分子结构等。
STM技术也被广泛应用于纳米制造、纳米电子学、纳米光子学等领域，为现代科技的发展提供了重要的支持。
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STM的工作原理
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隧道电流
当一个带电粒子接近到另一个导体的表面一定距离时，由于隧道效应，带电粒子可以穿过势垒，与导体中的电子相互作用，形成隧道电流。
隧道效应定义
当两个导电物体非常靠近时，一个带电粒子的电场会使得另一个导体的电子发生隧道效应，从而产生电流。
隧道电流特点
隧道电流的大小与带电粒子的能量、势垒宽度以及两个导体的电位差有关。
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针尖在样品表面扫描
在扫描过程中，针尖与样品之间的距离保持恒定，通过控制扫描装置使针尖在样品表面进行线性或非线性扫描。
隧道电流的变化
针尖在扫描过程中与样品表面的电子相互作用，隧道电流的大小会发生变化。这些变化被信号检测系统实时检测并记录下来。
图像的形成
通过将隧道电流的变化转化为电信号，再经过控制与数据处理系统的处理，最终形成STM的扫描图像。图像的分辨率和清晰度取决于针尖和样品的性质以及扫描参数的选择。
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STM的实验技术
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选择具有研究意义的材料作为样品，如金属、半导体、陶瓷等。
样品选择
表面清洁
表面附着
对样品进行表面清洁，去除表面的杂质和污染物，保证实验结果的准确性。
将样品附着在扫描隧道显微镜的样品台上，确保样品稳定且易于操作。
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对扫描隧道显微镜进行校准，确保实验结果的准确性。
仪器校准
根据实验需求，设置扫描隧道显微镜的参数，如扫描范围、扫描速度、隧道电流等。
参数设置
进行实验操作，采集扫描隧道显微镜的实验数据，如表面形貌、电流信号等。
数据采集
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数据处理
对采集的实验数据进行处理，如滤波、去噪、图像增强等。
结果分析
对处理后的数据进行深入分析，提取有意义的信息，如表面形貌特征、电子结构等。
结论总结
根据分析结果，总结实验结论，为后续研究提供依据。
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STM的发展与未来
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更高的分辨率
通过改进探测器设计和信号处理技术，提高STM的分辨率，实现更精确的表面结构测量。
温度和压力控制
增加温度和压力控制装置，研究不同温度和压力条件下表面结构的变化。
多模式操作
开发多模式操作功能，实现STM在多种模式下的切换，以满足不同实验需求。
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通过同时获取STM和AFM信号，实现表面形貌和力的同时测量，提供更全面的表面信息。
STM与原子力显微镜（AFM）结合
将STM与UPS相结合，研究表面电子结构和化学态，提供更深入的表面信息。
STM与光电子能谱（UPS）结合
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利用STM研究新型材料表面结构，探索其物理和化学性质，为新材料的开发和应用提供支持。
将STM应用于生物医学领域，研究生物分子结构和相互作用，为疾病诊断和治疗提供新思路。
生物医学应用
新材料研究
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STM的挑战与限制
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表面态对分辨率的影响
表面态的电子结构还可能影响STM的分辨率，使得成像效果不够清晰。
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表面态的复杂性
不同材料表面的电子结构和化学性质差异较大，导致STM在测量时可能受到表面态的干扰，影响结果的准确性。
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表面态对隧道电流的影响
表面