爱安德分享扫描探针显微镜（SPM）原理

我们将解释扫描探针显微镜中常用的 AFM 和 STM 的原理。通过用细针状探针的 扫描样品表面来获取图像和位置信息。由于探头较细并且在原子水平上进行扫描，因此不适合测量不规则性较大的样品。

1. 扫描隧道显微镜（STM）

STM 利用了这样一个事实：从金属探针 向样品发射的隧道电流的强度敏感地取决于绝缘体（之间的真空）的厚度。可以以高分辨率精确测量样品表面的局部高度，从而可以单独解析材料表面上的原子（两个相邻点之间的最短距离）。此外，通过用探针扫描样品表面，可以观察原子尺度上的不均匀图案。

探头由钨或铂制成，带有尖头。当探针和样品足够接近，两个电子云重叠，并施加微小的偏置电压（用于确定放大器小信号放大的直流电工作点的电压）时，会产生隧道电流达到隧道效应。

在 STM 中，金属探针在样品表面水平（X、Y）移动，探针和样品之间的距离 (Z) 受到反馈控制，以保持隧道电流恒定。通常，单个原子之间的相互作用是通过使用压电元件的垂直运动来检测的，压电元件的距离可以以小于单个原子尺寸的精度控制。因此，STM在三个维度上具有原子分辨率。压电元件是利用压电效应的无源元件，当施加压力时会产生电压。