扫描探针显微镜.pptVIP

1.2.3电子系统STM是一个纳米级的随动系统，其电子系统和机械系统一样，是为高精度的扫描服务的。其核心是有一个高精度、增益的反馈系统。第30页，共82页，星期日，2025年，2月5日1.2.4隧道针尖隧道针尖是STM技术关键之一。针尖的大小，形状及其他物理、化学性质直接与STM的图像分辨率，图像形状及测定的电子态有关，从而决定着一台STM的最终质量及使用。第31页，共82页，星期日，2025年，2月5日理想的针尖宏观结构不是细而长，而是呈锥形，其针尖端部最好为一稳定原子，且针尖整体要求化学纯度极高，这样的针尖采集速度高，隧道电流稳定，比较容易获得清晰的原子级分辨图像。应该指出的是，虽然STM已有20年的历史，重复获得具有原子级分辨率的针尖仍是一个没有完全解决的问题。第32页，共82页，星期日，2025年，2月5日STM常用的针尖材料:是Pt-Ir针尖和W针尖。W针尖是最早使用的STM针尖，其刚性能够很好地满足STM仪器的刚性要求，因而得到广泛应用。W针尖存在的问题：在空气中或水溶液中容易形成表面氧化物，需进行适当的处理才能用于高分辨成像。第33页，共82页，星期日，2025年，2月5日新鲜处理的W针尖在空气中可使用数小时到十数小时。W针尖的制备方法：电化学腐蚀法直流法交流法图2.8示出直流法的电解装置图。第34页，共82页，星期日，2025年，2月5日第35页，共82页，星期日，2025年，2月5日Pt-Ir针尖的制备，是采用最简单的机械加工法。即直接用剪刀将金属丝按一定倾角剪成针尖形状，经验表面，如此得到的Pt-Ir针尖和W针尖均可用于原子级的高分辨成像。缺点：重复差第36页，共82页，星期日，2025年，2月5日另外一种加工方法是研磨法：①先将d=0.1mm的铂金丝用磨石打磨成顶角为90o左右的圆锥状②用粒径1μm以下金刚石粉进一步研磨③用乙醇和超纯水超水清洗干净④用光学显微镜观察针尖尖端的形貌第37页，共82页，星期日，2025年，2月5日1.2.5计算机系统计算机系统在STM中的主要任务：仪器控制、数据采集、图像显示、处理以及存储等。?1.3扫描隧道显微镜的特点：第38页，共82页，星期日，2025年，2月5日①具有极高的分辨率，STM在平行与垂直于样品表面二个方向上的分辨率可达0.1nm和0.01nm，而一般原子的半径即为0.1nm量极，故利用STM可以直接观察分辨出单个原子②可以实时获得在实空间表面的三维图像，从而可用于观察和研究各种表面结构。第39页，共82页，星期日，2025年，2月5日③可在各种不同环境下工作，如真空、大气、常温、变温等环境，样品还可以放置于液相中。STM对样品的制备无特殊要求，观察过程中不对样品造成损伤因此不仅适用于物理与化学过程的监制，而且将特别适用于生物样品及生物过程的观测。第40页，共82页，星期日，2025年，2月5日适用于各种导电样品的表面结构研究，对有机物等需设法将其固定在平整的导电基底表面。④利用STM针尖，可以对原子和分子进行操作，甚至可以在表面移走原子而构成图形。第41页，共82页，星期日，2025年，2月5日1.4STM的应用：①表面结构观测STM是研究表面原子结构强有力的工具，尽管有些时候并不能将STM图像的结构细节简单地归结为原子的空间排布情况，但人们利用STM可解决许多表面科学问题。例如：Si（111）表面的7×7重构结构。第42页，共82页，星期日，2025年，2月5日②表面化学反应研究STM对工作环境的要求相当宽松，可以在大气、空气、溶液、低温、高温等环境下工作，这是STM技术的一个重要特色。由此可以方便地研究表面化学反应。第43页，共82页，星期日，2025年，2月5日例如：可系统研究表面上发生的各种化学反应，研究各种表面吸附和表面催化问题，直接在溶液中考察电化学沉积和电化学腐蚀过程等。第44页，共82页，星期日，2025年，2月5日③纳米尺度的加工STM不仅仅是被动地观测表面结构的工具，并且可用来诱导表面发生局域的物理和化学性质的变化，以对表面进行纳米尺度的加工，构成新一代的纳米电子器件或者发展新一代的超高密度信息存储器件。第45页，共82页，星期日，2025年，2月5日例如美国商用机器公司（IBM）的科学家首次