【摘要】：扫描隧道显微镜是根据量子力学中的隧道效应原理，通过探测固体表面原子中电子的隧道电流来分辨固体表面形貌的新型显微装置。各厂商对此没有统一的标准。利用STM，可以对材料表面进行纳米加工，包括对原子、分子的操纵，对表面进行刻蚀。1990年4月，美国国际商用机器公司的科学家宣布，他们用扫描隧道显微镜操纵氙原子，用35个原子排出了“IBM”宇样，如图4-65所示。
扫描隧道显微镜是根据量子力学中的隧道效应原理，通过探测固体表面原子中电子的隧道电流来分辨固体表面形貌的新型显微装置。根据量子力学原理，由于电子的隧道效应，金属中的电子并不完全局限于金属表面之内，电子云密度并不是在表面边界处突变为零。在金属表面以外，电子云密度呈指数衰减，衰减长度约为1nm。用一个极细的、只有原子线度的金属针尖作为探针（见图4-63），将它与样品的表面作为两个电极，当样品表面与针尖非常靠近（距离<1nm）时，两者的电子云略有重叠，如图4-64所示。若在两极间加上电压，在电场作用下，电子就会穿过两个电极之间的势垒，通过电子云的狭窄通道流动，从一极流向另一极，形成隧道效应电流。该电流的大小对两电极之间的距离变化极为敏感，两电极间的距离每增加0.1nm，隧道效应电流就大约减小一个数量级。这样，我们把探针固定在某一高度上，沿样品表面扫描，由于样品表面起伏，电极距离产生变化，就会得到大小不同的隧道效应电流，通过记录该电流的变化，便可反映出样品表面原子的排列情况。
图4-63 STM针尖
图4-64 金属表面与针尖的电子云(www.xing528.com)
由于STM具有原子级的空间分辨率和广泛的适用性，国际上掀起了研制和应用STM的热潮，推动了纳米科技的发展。利用STM，可以对材料表面进行纳米加工，包括对原子、分子的操纵，对表面进行刻蚀。1990年4月，美国国际商用机器公司的科学家宣布，他们用扫描隧道显微镜操纵氙原子，用35个原子排出了“IBM”宇样，如图4-65所示。
图4-65 用35个氙原子排列的“IBM”宇样
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