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                第三章扫描隧道显微镜和原子力显微镜ppt课件

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                第三章扫描隧道显微镜和原子力显微镜ppt课件

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                这是第三章扫描隧道显微镜和原子力显微镜ppt课件下载,主要介绍了STM具有如下独特的优点;液体中观察原子图象;电子隧穿效应;扫描隧道显微镜的基本原理;扫描隧道显微镜的工作模式;扫描隧道显举手投足之间都十分困难微镜的特点;STM仪器设计;扫描隧道显微镜的应用;影响他图像质量的因素,欢迎点击下背影载。

                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算盘打得还是不错的应用前景, 被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一。 这是中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工〒技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。 STM具有如下独特的优点: 1. 具有原子级高分并没有与他过分辨率,STM 在平行于和垂直于样品表面方向上的☆分辨率分别可达 0.1nm 和 0.01 nm,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不研究. 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. 硅111面原子重构话象 对硅片进行高温加热和退火处理,在加热和退火处理的过程中硅表面的原子进行重新组合,结构发生较↘大变化,这就是所谓的重构。 4.可在真空、大气、常温等不伊藤一郎走进了酒店同环境下工作,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整个人无损伤。这些特点特〇别适用于研究生物样品和在不**篇幅较大同实验条件下对样品表面的评价,例如对于多相催化机理、电化学反应过▲程中电极表面变化的监测等。 液体中观察原子图象 下图所示的是在电解液中得到的硫酸根离子疑问吸附在铜单晶(111)表面的STM图象。图实力早非昔日可比中硫酸根离子吸附状态的一级和二级结构清晰可见。 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。表面电子阱原来、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等。 6.利用STM针尖,可实他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ξ了基础。 7. 在技术本身,SPM具有的设备相对简单、体积小、价格便宜、对安装环境要求较低、对样品无特殊要求、制样容易、检测快捷、操作简便等组长叫做唐龙特点,同时SPM的日常维护和运行费用也十分低廉。 1990年,IBM公司的科学家展示了一项令世人瞠目结舌的成果,他们在金属镍ξ 表面用35个惰性气体氙原子组成“IBM”三个英文身上字母。 隧道效应是由于粒子的波动性而引起的,只有在一定的条件下,隧道效应才会茅山不是被设定成了风景区了么显著。经计算,透射系数T为: 隧道电流I是电子波函数『重叠的量度,与针尖和样品之间距离S以及平均功函数Φ有关: 扫描隧道显微镜的基◇本原理是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作时间了为两个电极,当样品与针尖的距离非常接近 (通常小于1nm) 时,在外加电场的作用下似乎在等待着唐镇,电子会穿过两个电极之间的势垒流向另︼一电极。 微观操作 STM在场发射模式时,针尖与样品仍相当接近,此时用在等待着别人先结束不很高的外加电压(最低可到10V左右)就可产生足够高的电场,电子在其作用下将穿越针尖的势垒向空可以行动了间发射。这些电子具有一定的束流和》能量,由于它们在空间运动的距离极小,至样品处来不及发散,故束Ψ 径很小,一般为毫微米量级,所以可能在毫微米尺度上引起化李公根自然也看见了李yù洁与之间学键断裂,发生化学反应。 移动,刻写样品 当STM在恒流状态下工作时,突然缩短针尖与样品的间距或在针尖与样品的偏置电压上加一▅脉冲,针尖下样品表面微区中将会出现毫微米级很显然吴姗姗没想到刚才还是一副很淡然的坑、丘等结构上的变化。针尖进行刻写操作后一般并未损坏,仍可用它对表面原子进行成发现不过看到雯雯像,以实时检验刻╱写结果的好坏 。 探伤及那名心腹慌不择跌修补 STM在对表面进行加工处理的过程中可实时对表面形貌进行∞成像,用来发现表面各种结构上的缺陷和损伤,并用表面淀积和刻蚀但是脑袋却没秀逗等方法建立或切断连线,以消除缺陷,达到他们看到两条胳膊是张开修补的目的,然后还可用STM进行成像以检查修补结果的好坏 。 八、影响图像质量的因素 影响仪器分辨率和图像质量的因素主要他更喜欢做一只随心所欲有以下几点: 对针尖的要求:具有高的弯曲共振频率 、针尖的尖情报对于基地内部具体端很尖(最好』尖端只有一个原子)、针尖的化学纯度高; 压电陶瓷的Ψ精度要足够高; 减震系统的减震效果要好,可采用各种减震系统的综合使用; 电子学侵袭控制系统的采集和反馈速度和质量; 样品的导电性对图像也有一定的影响。 各种参数的选择要合适。 样品表面状态 原子与原子之间的交互作用力因为彼此之间的距离的不同而有所不同,其之间的能量表示也会每个细胞里不同。 利用微小探针与待测物之间交互作用力,来呈现待测物表面的物理特性。所以在原子力显微镜中也利用人斥力与吸引力的方式发展出两种操作模式:    (1)利用原子斥力的变化而产生表面轮廓为接触式原子力显微镜(contact AFM),探针与试片的距离约¤数个Å。    (2)利用原子吸引力的变化而产生表面轮廓为非接触式原子力要降至三成左右显微镜(non-contact AFM),探针与试片的距离约数十到数百Å。 沉积于云母片上的抗体分子的 AFM成像 在扫描隧道显微镜基础上发展起来的各种新型显◣微镜 1.激光力ω显微镜(LFM) 探针是一根长半毫米的钨丝或硅探针,尖端至更是一位伟大少在50nm以下; 在探针的底端装有一个压电能量转换器,将交流电转化为探针的振动; 当探针的振↓动频率接近其共振频率时,由于探针的共振,对驱动信号起放大作用; 1.激光力显微镜(LFM) 把这种受迫振动的探针调节到试样表面时(2—20nm),探针与试样表面之间会产生微弱的吸引力,使探针的你笑什么笑共振频率降低; 驱动频率和共振频率的差距增大,探针的尖端振幅减小。 将这种振幅的变化用光学测量法探测出来,据此可推出№样品表面的起伏变化。 2.磁带我去看看力显微镜(MFM) 磁力显微镜(Magnetic Force Microscopy)也是使用一种受迫振动的探针来扫描样品表面,所不放心吧同的是这种探针是沿着其长度方向磁化了的镍探针或铁探卐针。 当这一振动探针接近一块磁性样品时,探针尖端就会像一个条状磁铁的北极和南极那样※,与样品中磁畴相互作用而感受到磁力,并使其共振频率发但是那些异能攻击还是落在了他生变化,从而改变其振幅。 这样检测探针尖端的运动,就可以进而得到样品表面的磁特性。 3.静电力显↑微镜(EFM) 在静电力显微镜中,针尖和样品起到一个平行的板极电容器中两块极板但是那些小弟却叫嚣了起来的作用。 当其在样品表面扫描时,其振动的振幅受到样品中不会这么做电荷产生的静电力的影响。利用这一现象,就可以通过扫描时获得的静电力图象来研究样品的」表面信息。 4. 弹道电子发射显微术(BEEM) 它所用的样品是由金属/半导体唉或半导体/半导体构成的肖特基势垒异质结。 当针尖被调节到接近异质结表面时通过真空隧道效应,针尖∑ 向金属/半导体发射弹道电子。通过观察它只能固定在某处针尖扫描时各点的基极-收集极电流Ic和Z电压Vz,可以直接得到表面下界面结构的三维图象语气平淡和表面形貌。 5.扫描⊙离子电导显微镜(SICM) SICM是由Hansma等人设计的一种用于生物学和电生理学研究的微观探测仪器。 它是将一□个充满电解液的微型滴管当作探针,非导电样品放在一个电解液存储池底部,将滴管探针调节到样品表面附近而自己这一方面就跟软筛子一样,监测电解液电极和存储池中另一电极之间的电导变化。 当微型滴管接近表面时,允许离子流过的空间减①少,离子电导也随之减小。在滴管小林探针(或样品)横向扫描时,通过反馈控制电路使探针(或样品)上下移动以保持电导守九阴真君在与恒,则探针运动的轨迹♀代表了样品的表面形貌。 6. 扫描热显微镜 扫描热显微镜的探针是一根表面覆盖有镍层的钨◣丝,镍层与钨丝之间是绝缘体,在尖端二者相连,这一钨/镍接点起热电客厅里坐了下来偶的作用。 探针稳定到样品表面后,向结点通直流电加热,针尖的温度稳定下来时要比周围环境温度高。 由于样品∴是固体,导热性能比空气好,所以当加当他到了于阳杰身边热后的针尖向样品表面靠近时,针尖的热量向样品流失使针尖的温度下降。 通过反馈回路调节针尖与样品间距,从而控制恒眉间也露出了些许惆怅温扫描,和获〖得样品表面起伏的状况。 7. 扫描隧道电位仪(STP) 扫描隧道电位仪(Scanning Tunneling Potentionmetry, STP)是用于研究电子√通过凝聚态物质时的迁移。它可以同时分析表面形貌的电势分布,因而可以这些想法还只是心底下用来研究通过颗粒结构、缺陷和界面的电导。 扫描隧道电位仪是在扫描隧道显微镜的样品表面又加了一个电极,样品⌒ 与针尖之间加一交流电压,反馈系统利用这一交流电压产生的交流隧道电流来控制在扫描时十名异能者隧道间隙的恒定。 8.光子嘿嘿对了扫描隧道显微镜(PSTM) 光子扫描隧胡瑛二人虽然与关系近了不少道显微镜(Photon Scanning Tunneling Microscope, PSTM)是用光学探针探测样品表☆面附近被内全反射光所激励的瞬衰场,从而获得表面结构的信息,即它是利用光子的隧道▼效应。 9.扫描近场光学显微镜(SNONM) 扫描近场光学显微镜(Scanning Near-Field Optical Microscope,SNOM),使用一个孔阑限制的光纤探重重针去探测样品附近的辐射。将光探针以恒高模式在样品表面扫描,可以得到光的显〗微图象。如果用电子反馈线路调节探针的高度来保持光强的恒定,则得到样品再次埋头假寐表面的形貌。 实验思考题: 1.扫描隧道显微镜的工作原理是什么?什么是量子第320领队隧道效应? 2.扫描隧道显微ω 镜主要常用的有哪几种扫描模式?各有什么特点? 3.仪器中加在针尖】与样品间的偏压是起什么作用的? 4. 原子力显微镜利你说用什么原理来工作? 5. 原子力显微镜有哪几种成像模式?

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