扫描隧道显微镜的原理及应用

STM的原理及其应用

摘要：近年来，人类在纳米科技领域内的研究取得了引人瞩目的成就。而扫描隧道显微镜（STM）是纳米科技发展的重要基础。STM系统的出现首次成功实现了对原子实际空间图像的观察，促进了人类对微观领域的认知，推动了纳米科技的发展。本文主要介绍了STM的原理、系统结构极其应用。

1 扫描隧道显微镜（STM）的概述[1,2,3]

1.1 扫描隧道显微镜（STM）的发展

1982年，国际商业机器公司苏黎世实验室的葛·宾尼（Gerd Binnig）博士和海·罗雷尔（Heinrich Rohrer）博士及其同事们共同研制成功了世界第一台新型的表面分析仪器——扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope,以下简称 STM）。它的出现，使人类第一次能够实时地观察单个原子 在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学 性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广阔的应用前景，被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就之一，为表彰STM的发明者们对科学研究的杰出贡献，1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖。而在1988年，白春礼成功研制了国内第一台计算机控制、有数据分析和图像处理系统

本实验主要学习扫描隧道显微镜的工作原理,了解STM的基本仪器结构,掌握用电化学腐蚀方法制作STM探针,熟悉STM的数据采集并获取石墨的原子分辨像,分析所得扫描图像计算x、y方向压电陶瓷的电压灵敏度

扫描隧道显微镜（STM）的原理和应用

【摘要】：

本实验主要学习扫描隧道显微镜的工作原理，了解STM的基本仪器结构，掌握用电化学腐蚀方法制作STM探针，熟悉STM的数据采集并获取石墨的原子分辨像，分析所得扫描图像计算x、y方向压电陶瓷的电压灵敏度分别为14.53

15.6。 、关键词：

扫描隧道显微镜 隧道效应 石墨晶体

一、实验引言：

随着材料科学的不断进步，人们能够复制改良设计合成很多种材料。为了能够探测到一些材料的表面形态，在20世纪80年代基于量子隧道效应，IBM公司的Binning博士、Rohrer博士及其同事研制成功了扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscopy，简称STM）。两位发明者因此于1986年获得诺贝尔物理学奖。STM技术的诞生使在纳米尺度范围探测材料的表面特性成为可能，这是因为STM 能够一个原子一个原子地将表面的几何结构和电子结构联系起来，实时地观察单个原子在物质表面的排列状态及与表面电子行为有关的物理

近代物理实验 扫描隧道显微镜

近代物理实验报告

扫描隧道显微镜

学 院 数理与信息工程学院 班 级

姓 名

学 号

时 间

近代物理实验 扫描隧道显微镜

摘要：本实验我们将从了解扫描隧道显微镜原理出发，熟悉各部件的工作原理和功用，掌握描隧道显微镜的操作和调试过程，通过对隧道效应和样品表面的形貌观测初步体会描隧道显微镜在微观观测和操作领域的重要作用，学会用计算机软件处理原始图象数据。 关键词：工作原理 工作模式 仪器构成 操作方法

0 引言：

社会发展、科技进步总伴随着工具的完善和革新。以显微镜来说吧，发展至今可以说是有了三代显微镜。这也使得人们对于微观世界的认识越来越深入，从微米级，亚微米级发展到纳米级乃至原子分辨率。1982年，IBM瑞士苏黎士实验室的葛·宾尼（G．Binning）和海·罗雷尔（H．Rohrer）研制出的世界上第一台扫描隧道显微镜（简称STM）已达纳米级别。STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科学界公认为20世纪80年代世界十

扫描隧道显微镜及其发展现状

曹文峰 2012110024

(合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009)

摘要:扫描隧道显微镜(ＳＴＭ)在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广阔的应用前景，被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就之一。此文介绍了扫描隧道显微镜的理论原理与系统结构,以及近年来这一前沿科技领域的部分进展和应用前景。 关键词：扫描隧道显微镜;隧道效应;纳米技术

Abstract: The study of scanning tunneling microscopy (STM) has quite important significance and broad prospects in fields such as surface science , material science and life science . STM has now been considered as one of the world's top ten technology achievements in the 80s by the international scientific community

扫描电子显微镜的应用

项目二 扫描电子显微镜的应用

I、项目简介

目前扫描电子显微镜的应用几乎渗透到各个领域，而应用最多的是冶金、矿

物、半导体材料、生物医学、物理、化学等学科。KYKY-1000B扫描电子显微镜

在电子光学、样品室、电子探测和显示系统方面集中了许多现代电镜设计中的优

点，操作容易，维护方便。通过对KYKY-1000B扫描电子显微镜的研究，掌握

和了解扫描电子显微镜的工作原理，结构及其操作，为学生今后使用这一类型设

备打下良好的基础。

[项目对象]

本项目主要面向理、工、农、林各专业。

[项目目的]

1．理解扫描电子显微镜的工作原理及其优点。

2．理解扫描电子显微镜的内部构造。

3．掌握扫描电子显微镜的基本操作。

[项目任务]

1．了解扫描电子显微镜的各个部件的功能。

2．熟练操作扫描电子显微镜，并进行样品扫描观察。

3．使用扫描电子显微镜进行样品照片拍摄。

4、冲洗、放大照片。

[项目成果要求]

对样品进行扫描并冲洗、放大样品的扫描照片。最后总结并撰写项目论文

完成该项目（论文含实验成果——扫描照片）。

扫描电子显微镜的应用

II、实验讲义

扫描电子显微镜早在1935年便已被提出来了。1942年，英国首先制成一台实验室用的

扫描电镜，但由于成像的分辨率很差，照相时间太长，所

光学显微镜的原理及构造

显微镜是人类认识物质微观世界的重要工具，是现代科学研究工作不可缺少的仪器之一。显微镜自1666年问世以来已有300多年的历史了，其间随着科学技术不断发展，显微镜的品种不断增加，结构和性能逐步得到完善和提高。 根据不同的使用用途，光学显微镜可分为普通光学显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜、倒置显微镜、体视显微镜、偏光显微镜等10多种。目前，世界上许多国家都可以生产光学显微镜，牌名、种类繁杂，其中德国、日本等国制造的显微镜品质、数量占优势，但价格昂贵。 对于现代的光学显微镜，包括各种简单的常规检验用显微镜、万能研究以及万能照相显微镜等，首先要认识其构造及各部件的功能，同时要掌握正确的调试、使用和保养方法，才能在实际应用中面对各种要求时以不同的显微镜检方法，充分发挥显微镜应有的功能，提高常规检验工作效率. 光学显微镜的原理和构造

随着科学技术的发展，显微镜检方法由最传统的明视野、暗视野发展出了相差法、偏光方法；荧光方法也由透射光激发进展为落射光激发，使荧光效率大为提高；微分干涉相衬方法基于偏光方法，而巧妙地利用了微分干涉棱镜，使之能应用于医学与生物学的样品，又能应用于金相样品的分析与检验。

下面以德国ZEISS公司

激光扫描共聚焦显微镜技术

Laser Scanning Confocal Microscope

——基础篇 李治国

细胞的内在生活 显微镜的发展史

没有显微镜就不可能有细胞学诞生。

1590年，荷兰眼镜制造商J和Z.Janssen父子制作了第一台复式显微镜。

1665年，英国人Robert Hook首次描述了植物细胞(木栓)，命名为cella。

1680年，荷兰人A.van Leeuwenhoek成为皇家学会会员，他一生中制作了200多台显微镜和400多个镜头，用设计较好的显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动物。

Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723). Magnification ranges at 50-275x. 显微镜的最重要参数 ——分辨力

显微镜物象是否清楚不仅决定于放大倍数，还与显微镜的分辨力（resolution）有关。

分辨率是指区分开两个质点间的最小距离 各种显微镜的分辨能力

光学显微镜（light microscopy）0.2μm

电子显微镜 (Electro microscopy) 0.2nm

透射电子显微镜的原理及应用

一．前言

人的眼睛只能分辨1/60度视角的物体，相当于在明视距离下能分辨0.1mm的目标。光学显微镜通过透镜将视角扩大，提高了分辨极限，可达到2000A。。光学显微镜做为材料研究和检验的常用工具，发挥了重大作用。但是随着材料科学的发展，人们对于显微镜分析技术的要求不断提高，观察的对象也越来越细。如要求分表几十埃或更小尺寸的分子或原子。一般光学显微镜，通过扩大视角可提高的放大倍数不是无止境的。阿贝（Abbe）证明了显微镜的分辨极限取决于光源波长的大小。在一定波长条件下，超越了这个极限度，在继续放大将是徒劳的，得到的像是模糊不清的。

图1-1（a）表示了两个点光源O、P经过会聚透镜L，在平面上形成像O，、P，的光路。实际上当点光源透射会聚成像时，由于衍射效应的作用在像平面并不能得到像点。图1-1（b）所示，在像面上形成了一个中央亮斑及周围明暗相间圆环所组成的埃利斑（Airy）。图中表示了像平面上光强度的分布。约84%的强度集中在中央亮斑上。其余则由内向外顺次递减，分散在第一、第二??亮环上。一般将第一暗环半径定义为埃利斑的半径。如果将两个光源O、P靠拢，相应的两个埃利斑也逐渐重叠。当斑中心O，、P，间距等于案例版半径时

透射电子显微镜的原理及应用

一．前言

人的眼睛只能分辨1/60度视角的物体，相当于在明视距离下能分辨0.1mm的目标。光学显微镜通过透镜将视角扩大，提高了分辨极限，可达到2000A。。光学显微镜做为材料研究和检验的常用工具，发挥了重大作用。但是随着材料科学的发展，人们对于显微镜分析技术的要求不断提高，观察的对象也越来越细。如要求分表几十埃或更小尺寸的分子或原子。一般光学显微镜，通过扩大视角可提高的放大倍数不是无止境的。阿贝（Abbe）证明了显微镜的分辨极限取决于光源波长的大小。在一定波长条件下，超越了这个极限度，在继续放大将是徒劳的，得到的像是模糊不清的。

图1-1（a）表示了两个点光源O、P经过会聚透镜L，在平面上形成像O，、P，的光路。实际上当点光源透射会聚成像时，由于衍射效应的作用在像平面并不能得到像点。图1-1（b）所示，在像面上形成了一个中央亮斑及周围明暗相间圆环所组成的埃利斑（Airy）。图中表示了像平面上光强度的分布。约84%的强度集中在中央亮斑上。其余则由内向外顺次递减，分散在第一、第二??亮环上。一般将第一暗环半径定义为埃利斑的半径。如果将两个光源O、P靠拢，相应的两个埃利斑也逐渐重叠。当斑中心O，、P，间距等于案例版半径时

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（一）显微镜 1 显微镜的结构识别

2显微镜的使用步骤 （1）取镜和安放

[1]右手握住镜臂，左手托住镜座。

[2]把显微镜放在实验台距边缘7 cm左右处,略偏左,安装好目镜和物镜。 （2）对光

[3]转动转换器，使低倍物镜对准通光孔。要使物镜前端与载物台保持2 cm的距离。

[4]把一个较大的光圈对准通光孔。左眼注视目镜，右眼睁开。转动反光镜，使光线通过通光孔反射到镜筒内。通过目镜可以看到白亮的圆形视野。 （3）观察

[5]把所要观察的玻片标本放在载物台上，用压片夹压住，玻片标本要正对通光孔的中心。

[6]顺时针转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，直到物镜接近玻片标本为止（此时眼睛一定要看着物镜）。 [7]用左眼向目镜内看，同时逆时针方向转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓上升直到看清物像为止。再略微转动细准焦螺旋，使看到的物像更加清晰。 [8]练习将所观察的标本移到视野中央。 （4）实验完毕

[9] 用擦镜纸将目镜和物镜擦拭干净；

转动转换器，把两个物镜偏到两旁，并将镜筒缓缓下降到最低处。 最后把显微镜放进镜箱里，送回原处。 注： ①