摘要掃瞄隧道顯微鏡是基於量子力學中的隧道效應，在表面科學、材料科學、生命科學等領域的研究中有著重大的意義和廣泛的應用前景，被國際科學界公認為20世紀80年代世界十大科技成就之一。我們通過這次實驗了解掃瞄隧道顯微鏡的工作原理，學習掃瞄隧道顯微鏡的使用方法。
關鍵詞掃瞄隧道顯微鏡恆電流模式恆高度模式
引言 2023年，ibm瑞士蘇黎士實驗室的葛·賓尼（g．binning）和海·羅雷爾（h．rohrer）研製出世界上第一台掃瞄隧道顯微鏡（scanning tunnelling microscope，簡稱stm）。stm使人類第一次能夠實時地觀察單個原子在物質表面的排列狀態和與表面電子行為有關的物化性質，在表面科學、材料科學、生命科學等領域的研究中有著重大的意義和廣泛的應用前景，被國際科學界公認為20世紀80年代世界十大科技成就之一。為表彰stm的發明者們對科學研究所作出的傑出貢獻，2023年賓尼和羅雷爾被授予諾貝爾物理學獎金。
掃瞄隧道顯微鏡的工作原理
隧道電流強度對針尖和樣品之間的距離有著指數依賴關係，當距離減小0.1nm，隧道電流即增加約乙個數量級。因此，根據隧道電流的變化，我們可以得到樣品表面微小的高低起伏變化的資訊，如果同時對x-y方向進行掃瞄，就可以直接得到三維的樣品表面形貌圖，這就是掃瞄隧道顯微鏡的工作原理。
隧道針尖的結構是掃瞄隧道顯微技術要解決的主要問題之一。針尖的大小、形狀和化學同一性不僅影響著掃瞄隧道顯微鏡圖象的解析度和圖象的形狀，而且也影響著測定的電子態。
針尖的巨集觀結構應使得針尖具有高的彎曲共振頻率，從而可以減少相位滯後，提高採集速度。如果針尖的尖端只有乙個穩定的原子而不是有多重針尖，那麼隧道電流就會很穩定，而且能夠獲得原子級分辨的圖象。針尖的化學純度高，就不會涉及系列勢壘。
例如，針尖表面若有氧化層，則其電阻可能會高於隧道間隙的阻值，從而導致針尖和樣品間產生隧道電流之前，二者就發生碰撞。
目前製備針尖的方法主要有電化學腐蝕法、機械成型法等。
製備針尖的材料主要有金屬鎢絲、鉑- 銥合金絲等。鎢針尖的製備常用電化學腐蝕法。而鉑- 銥合金針尖則多用機械成型法，一般直接用剪刀剪下而成。
不論哪一種針尖，其表面往往覆蓋著一層氧化層，或吸附一定的雜質，這經常是造成隧道電流不穩、噪音大和掃瞄隧道顯微鏡圖象的不可預期性的原因。因此，每次實驗前，都要對針尖進行處理，一般用化學法清洗，去除表面的氧化層及雜質，保證針尖具有良好的導電性。
實驗過程
1. 準備針尖和樣品
2. 手動逼近樣品和針尖，使之距離約為1mm；切忌使針尖與樣品發生相撞；
3. 設定引數：「隧道電流」置為 0.25～0.3na；「針尖偏壓」置為 100～200mv；軟體控制馬達，使針尖自動逼近進入隧道區；
4. 根據不同的樣品設定不同的掃瞄範圍；
5. 根據不同的模式設定不同的掃瞄速度，然後開始掃瞄。
6. 得到掃瞄影象後，可進行一定的影象處理。
7. 實驗結束後，一定要先使用軟體控制馬達自動退。
8. 關閉系統
實驗結果
樣品最大形貌如下圖所示，樣品中間有一條溝，形貌較粗糙。
經過各項引數修改，以及影象處理，得到最終影象如下圖：
放大影象如下圖：
從圖中，我們可以材料形貌，表面非常粗糙。
實驗總結
通過本實驗，我們學習了掃瞄隧道顯微鏡的原理，並運用掃瞄隧道顯微鏡對樣品的形貌進行了觀察，對掃瞄隧道顯微鏡的使用有了乙個更深入的了解。但由於實驗儀器的損壞，非常可惜不能進行更加精細的掃瞄，得到更加精細的形貌。通過本實驗，我深刻的認識到掃瞄隧道顯微鏡的強大功能，它對我們研究微小物體提供了方法。
顯微鏡的實驗報告
篇一 顯微鏡的使用實驗報告 湘西州中學生分組實驗報告學校名稱 湘西自治州第二民族中學 篇二 顯微鏡實驗報告 烏江中學姓名班級日 實驗內容 顯微鏡的使用和標本的觀察 實驗目的 1 練習使用顯微鏡。2 學會正確觀察標本。材料用具 光學顯微鏡 永久標本 實驗步驟 一 取鏡和安放 1 將顯微鏡從 中取出時，...
實驗 練習使用顯微鏡
實驗 練習使用顯微鏡 預習學案 一 認識顯微鏡的結構 1穩定鏡身 2支援鏡柱以上的部分 3握鏡的部位 3.載物台 放置的地方。有 兩旁各有乙個 用於固定所觀察的物體。4.遮光器 上面有大小不等的圓孔，叫每個光圈都可以對準通光孔。光圈用來調節 5.反光鏡 可以轉動，使光線經過通光孔反射上來。其兩面是不...
《練習使用顯微鏡》實驗教案
七年級2017.9.25 一 教學目標 知識目標 正確說明顯微鏡的結構與功能 能力目標 能獨立 規範地使用顯微鏡，能觀察到清晰的物像 在認識 使用顯微鏡的過程中發現問題，並嘗試解決問題 情感目標 認同顯微鏡的規範操作方法，養成愛護顯微鏡的習慣，初步形成實事求是的科學態度。二 重點和難點 重點 顯微鏡...