1. 实验负责人：钱建强
2. 小组成员： 丁喜冬

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　　上世纪八十年代初，IBM 瑞士苏黎世实验室的Binnig 和Rohrer发明了扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope, STM），很快他们就因此获得了1986年的诺贝尔物理学奖。当初他们的动机仅仅是为了了解很薄的绝缘体材料的局域结构、电子特性以及生长性质，可是当他们想到用“电子隧穿”可进行局域探测后，STM便应运而生了。STM一出现，人们就被它的威力所震撼，随后它的其他家族成员如原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM），磁力显微镜（Magnetic Force Microscope, MFM）及扫描近场光学显微镜（Scanning Near-Field Optical Microscope, SNOM）等相继诞生，并在科学技术领域迅速地发挥越来越大的作用。

　　作为显微镜，STM的优越性首先在于其极高的空间分辨本领。它平行于表面的（横向）分辨本领为1埃，而垂直于表面的（纵向）分辨本领优于1埃。当然，STM还有更多的优越之处，例如扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）不能对材料表面原子进行成像；高分辨透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）主要用于对材料的体或界面进行成像，并且只局限于非常薄的样品；场发射显微镜(Field Emission Microscope, FEM)和场离子显微镜(Field Ion Microscope, FIM)只能探测半径小于1000埃的针尖表面的二维原子几何结构，并且要求表面在强电场的作用下是稳定的。而STM却避开了这些困难，它与其它显微镜的主要区别在于：它不需要粒子源，亦不需要电磁透镜来聚焦。

　　和常规的原子级分辨仪器（如光衍射及低能电子衍射等）相比，其优越性则在于，第一，它能给出实空间的信息，而不是较难解释的K空间的信息；第二，它可以对各种局域结构或非周期结构（如缺陷、生长中心等）进行研究，而不只限制于晶体或周期结构。除此之外，STM不仅能提供样品表面形貌的三维实空间信息、给出表面的局域电子态密度和局域功函数等信息，而且还能在介观尺度上对表面进行可控的局域纳米加工并对加工产生的纳米结构进行各种研究。这些前所未有的局域特性使STM成为在纳米科技、介观物理以及生物、化学上非常有价值的研究工具。

1. 扫描隧道显微镜的原理和结构;
2. STM针尖的制备方法；
3. STM样品的制备方法；
4. STM的操作步骤；
5. 用STM获取样品的表面形貌图。 -

1. 理解和观测量子力学中的电子隧道效应；
2. 利用STM测量得到样品的隧道谱；
3. 理解STM的恒流和恒高成像模式，获取相应图像；
4. 学习使用后处理软件来处理STM原始图像和隧道谱数据。

1. 基于STM的纳米刻蚀；
2. 环境（温度、湿度、气氛灯）对STM测量结果的影响。

1. 高真空、低温STM的原理与应用；
2. 高分辨STM技术及其与AFM分辨率的比较。

　　本实验中用的样品有两个，高定向热解石墨（HOPG）和蒸镀在玻璃上的金膜。HOPG和金膜已用导电银胶粘在金属样品台上。由于HOPG可被层状解理，因此在实验前可用胶带解理，以得到清洁的表面。利用直径为0.2 mm的钨丝或者直径为0.25 mm的铂铱丝，按照作针尖的步骤做两个针尖。把探针装入扫描头中，用镊子夹住制作好针尖的中部，按照图5.1-7所示的方式，将针尖卡入固定槽中。如果要取下针尖，先上提探针，再要按照相反的方向滑行探针取出即可。将样品台从盒子中取出，注意操作样品台时，只能用手拿样品台末端的黑色塑料把手，不可用手触摸样品台表面有金属光泽的地方，若不小心触碰，需要用酒精清洗后才能进行实验。用镊子取出样品，安放在样品台上，将安放有样品的样品台安放在STM的导轨上，使其尽可能近的接近针尖末端，完成后盖好保护盖。

　　打开计算机和STM电子控制系统，运行STM控制程序Nanosurf NaioSTM，。通过菜单可以了解各种功能。
　　Nanosurf公司的NaioSTM，用户手册见https://www.nanosurf.com/en/products/naiostm-stm-for-nanoeducation

　　设置合适的隧道电流（如1 nA）和样品偏压（如25 mV），根据菜单提示开始手动粗逼近，从保护盖的放大镜中观察样品与探针的距离，距离很近时选择自动逼近。软件下方状态栏红灯表示进针失败已经撞针，绿灯表示进针完成开始扫描，橙灯表示正在进针。在输入隧道电流、样品偏压后便可以开始扫描、记录数据。在扫描过程中可以改变实验参数以得到更清晰的原子像。

　　更换金膜样品，重复以上过程，记录大范围（100nm—200nm）图像。

1.扫描隧道显微镜样品的制备 2.扫描隧道显微镜针尖制备 3.扫描隧道显微镜的操作 4.成像分析与图像处理 5.隧道谱测量

1.量子隧道效应 2.PID控制 3.局域功函数

量子力学，表面物理，电子技术，自动控制

原子搬迁与表面物理； 二维电子材料的表征研究； 电化学STM.

欢迎大家留言讨论！ — 乐永康 2019/12/05 13:01

感谢钱老师！ — 乐永康 2020/01/31 14:24