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    带你了解一下扫描隧道显微镜的优越性以及局限性

    点击次数:283  发布时间:2022-01-10
      扫描隧道显微镜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)可以利用探针尖部精确操纵原子,因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。
      优越性
      与其他表面分析技术相比,STM具有如下独特的优点
      ①具有原子级高分辨率,STM 在平行于样品表面方向上的分辨率分别可达0.1埃,即可以分辨出单个原子。
      ②可实时得到实空间中样品表面的三维图像,可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构的研究,这种可实时观察的性能可用于表面扩散等动态过程的研究。
      ③可以观察单个原子层的局部表面结构,而不是对体相或整个表面的平均性质,因而可直接观察到表面缺陷。表面重构、表面吸附体的形态和位置,以及由吸附体引起的表面重构等。
      ④可在真空、大气、常温等不同环境下工作,样品甚至可浸在水和其他溶液中 不需要特别的制样技术并且探测过程对样品无损伤.这些特点特别适用于研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的评价,例如对于多相催化机理、超一身地创、电化学反应过程中电极表面变化的监测等。
      ⑤ 配合扫描隧道谱(STS)可以得到有关表面电子结构的信息,例如表面不同层次的态密度。表面电子阱、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等 。
      ⑥利用STM针尖,可实现对原子和分子的移动和操纵,这为纳米科技的全面发展奠定了基础 。
      局限性
      尽管STM有着EM、FIM等仪器所不能比拟的诸多优点,但由于仪器本身的工作方式所造成的局限性也是显而易见的。这主要表现在以下两个方面
      ①STM的恒电流工作模式下,有时它对样品表面微粒之间的某些沟槽不能够准确探测,与此相关的分辨率较差。在恒高度工作方式下,从原理上这种局限性会有所改善。但只有采用非常尖锐的探针,其针尖半径应远小于粒子之间的距离,才能避免这种缺陷。在观测超细金属微粒扩散时,这一点显得尤为重要 。
      ②STM所观察的样品必须具有一定程度的导电性,对于半导体,观测的效果就差于导体;对于绝缘体则根本无法直接观察。如果在样品表面覆盖导电层,则由于导电层的粒度和均匀性等问题又限制了图象对真实表面的分辨率。宾尼等人1986年研制成功的AFM可以弥补STM这方面的不足 。
      此外,在目前常用的(包括商品)STM仪器中,一般都没有配备FIM,因而针尖形状的不确定性往往会对仪器的分辨率和图象的认证与解释带来许多不确定因素 。
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