扫描隧道显微镜系列试验.PPT

扫描隧道显微镜系列实验 06物理 洪晓晨 06300190001 09年06月 提纲 钨针尖的制备 步骤与反应式 通交流电 通直流电 使用STM分析样品 一维光栅样品 二维光栅样品 针尖制备(钨丝) 由于要得到原子级大小的针尖，故机械加工成型有相当的难度。采用电化学腐蚀的方法来制备针尖。 腐蚀液： 16克NaOH+200ml水=约2mol/L的氢氧化钠溶液 钨丝的清洁： 先用棉花球蘸丙酮擦拭剪刀，剪取一段钨丝，将其以丙酮浸泡，作超声10分钟以去除其表面杂质、氧化物 。 用固定器具夹住钨丝，插入腐蚀液液面之下 通交流电，一段接在钨丝上，另一端接在一铂丝上插入液体中 腐蚀液 液面 钨丝 夹具 反应原理 通交流电得到的针尖 通交流电得到的针尖在放大镜下的图像 针头部弯曲的解释： 由于交流电正负极不断变化，不断产生的气泡会将刚附着上的沉淀剥落，沉淀不能在浸入液体部分的钨丝上形成。 故这个尖端形状完全是由腐蚀所致。 腐蚀过程在微观上有相当的随机性，所以其尖端形状是完全不确定的，这是不适合作为STM针尖使用的。 通直流电得到的针尖 低倍镜下的针尖 高倍镜下的针尖 关于针尖制备通直流电方法的讨论： 在钨丝被拉断的瞬间需要及时切断电源，否则继续的腐蚀会破坏针尖的质量。 在钨丝断开后50毫秒内断开电路是比较理想的。但人的反应极限约在200毫秒量级，故最好能使用控制电路。 其实控制电路一般是设置一截止电流，当电流小于此值时电路断开。 实际上由于腐蚀液本身也是导电的，故当钨丝断裂后仍然会有一定的电流通过，故截止电流的设定便成为一件很困难的事。 我的想法是：当钨丝断裂后，电流基本不再变化了。故可以改进为当电流变化小于某一很小的数值时就切断电路。这样就不必考虑截止电流大小设定的问题了。 使用STM显微镜分析样品 实际上我们实验室用的“Easy Scan”扫描隧道显微镜使用的是铂铱合金针尖，而不是钨丝 剪取约1.5厘米长铂铱丝，用丙酮清洁。把针尖插入扫描探头的孔中。将样品置于样品台上。 旋动两个机械旋钮，同时调整第三个(电动)旋钮，使探头与样品台基本保持平行 进针 进针是本实验最为关键的一步。 其原理在于探针向样品靠近有两种方式——马达进一步或通过改变压电陶瓷上的电压来使探针前进（后者的改变量是很小的）。 当我们按下“进一步”钮后，探针就会向前进一段距离。直到当程序里模拟的针尖位置（红线）不位于底部为止。 这时表示仪器检测到隧道电流过大，为了保护针尖，压电陶瓷上的电压改变以使针尖稍稍远离。即已进入“隧道电流区”。 此时按下“自动进针”选项，压电陶瓷上的电压就会自动改变以使红线位于其伸缩范围的中间，此时便可以测量。 要注意的是这一步很长，要有足够的耐心。 一维光栅 一维光栅（光栅常数） 光栅常数为0.46微米 一维光栅（3D） 二维光栅 二维光栅（光栅常数） 两个方向上的光栅常数都为0.56微米 二维光栅（光栅常数） 二维光栅两个方向键夹角为82.5度 二维光栅（3D） 改变参数“扫描角度” “扫描角度”设置为30度时的图像 STM样品台与探头间必须保持平行： 若手动的两个旋钮与电动旋钮没有协调好，则会造成样品台与探头之间不水平。 这样在扫描过程中，针尖与样品间的距离将会超过压电陶瓷的变化范围，出现撞针的情况。 此时只能通过缩小扫描范围（会影响数据质量）的方法来妥协。 所以这点需要在安装样品的时候就注意。