题目扫描探针显微镜简述以扫描隧道显微镜为典型
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f扫描探针显微镜简述以扫描隧道显微镜为典型
摘要：扫描探针显微镜（SPM）是所有机械式地用探针在样本上扫描移动以探测样本
影像的显微镜的统称。由于均是基于探针在被测试样表面上进行纵、横向扫描引起相关检测量变化的原理，因此而得名。扫描探针显微镜包括磁力显微镜（Mag
eticForceMicroscope，MFM），近场光学显微镜（Sca
i
gNearFieldOpticalMicroscope，SNOM），原子力显微镜（AtomicForceMicroscope，AFM）等。其影像分辨率主要取决于探针的大小（通常在纳米级别）。其中，最具代表性的是扫描隧道显微镜（STM）及原子力显微镜（AFM）。
关键词：扫描探针显微镜SPM扫描隧道显微镜STM原子力显微镜（AFM）
一．扫描探针显微镜历史扫描探针显微镜（SPM）是近几十年在表面特征表面形貌观测方面最重大的成果之一。1966年RussellYou
g提出可以利用金属探针与样品之间的微弱电流来对样品的表面形貌进行表征，并在1971年联名他的合作者在《物理评论快报》上提出了这种探针式表面测量仪，测量仪的基本原理是通过探针与样品之间的电流大小来体现探针与样品之间的间距。在之后的1972年，You
g给出了探测仪的具体结构与应用实例，这是扫描探测显微镜的雏形。1978年，苏黎世研究所的两位物理学家系统论证了扫描隧道显微镜，并于1981年把实体研制成功，观察到了Si（111）的表面原子结构。这个表面物理探测器的工作原理是量子隧穿效应。当金属探针与样品之间的距离只有几纳米的时候，会产生隧穿电流，而这个隧穿电流对于距离十分敏感，当距离变化01纳米时隧穿电流会发生量级的变化。借助这个效应，扫描隧道显微镜的垂直分辨率高达001
m，放大倍数达到了几亿倍。借此，人类第一次得到了原子图像，对于其周边学科有着里程碑式的意义。其研发者GBi
i
g和HRohrer也由此获得了1986年的诺贝尔物理学奖。由探针及金属表面电流来探测其间距等情况这个原理制作的显微镜虽然放大倍数极高，但是有着物理性的局限性，这类显微镜要求被测的样品必须是导电的导体或者半导体，对于绝缘的被测样品则没有实际的应用。由此，1984年，苏黎世研究所利用实心石英棒制成的纳米透光小孔研制出了扫描近场光学显微镜，第一次突破了传统光学显微镜的衍射极限，分辨率达到光波长的二十分之一。而在1985年，GBi
i
g、CFQoate和ChGerber在STM的理论基础上研制出了第一台原子力显微镜（AFM）。AFM的原r