掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscopy,，STM）是通過利用隧穿效應(yīng)來對材料表面進(jìn)行觀察的一種非常強(qiáng)大的顯微鏡工具。其很大的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)單原子鏡像級別的分辨率,。下面來詳細(xì)了解一下掃描隧道顯微鏡的作用、原理和操作方法。

　　掃描隧道顯微鏡主要用于對各種材料的物理,、化學(xué)和電子特性進(jìn)行高分辨率表征。在化學(xué)領(lǐng)域,，STM常用于探測表面化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的形成以及單分子反應(yīng)的研究,；在物理領(lǐng)域，STM主要用于研究納米材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),；在材料科學(xué)領(lǐng)域,，STM則被廣泛應(yīng)用于納米器件制備及表征。此外,，STM的原理也被用于開發(fā)其他高分辨率顯微鏡,，如原子力顯微鏡（Atomic Force Microscopy,，AFM）、隧道電鏡（Scanning Tunneling Electron Microscopy,，STEM）等,。

　　在掃描隧道顯微鏡中，專門設(shè)計(jì)的探針在接觸樣品表面時(shí),，會(huì)在兩者之間形成一個(gè)微小的隧穿電流,。這種電流與探針與表面間電勢差密切相關(guān)，因此可以通過調(diào)節(jié)探針與樣品之間的距離和連接電勢差,，使得電流保持恒定或翻轉(zhuǎn)其方向,。掃描樣品表面時(shí)，探針沿著水平,、豎直或其它方向掃描,，同時(shí)實(shí)時(shí)記錄樣品表面的電流變化，通過對電流大小和方向的分析,，可以構(gòu)建出樣品表面電子的分布圖像,。

　　掃描隧道顯微鏡的操作需要具備一定的專業(yè)知識(shí)和技能，一般由經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員來執(zhí)行,。主要操作步驟如下：

　　1.準(zhǔn)備好STM系統(tǒng)：包括真空系統(tǒng),、樣品臺(tái)、探針調(diào)制器和信號采集器等設(shè)備,，并進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)處理,。

　　2.調(diào)制探針：將成型好的探針較粗地懸掛于豎直架上，調(diào)整位置,，在STM系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)制,，以確保探針的幾何形狀和電子性能達(dá)到理想狀態(tài)。

　　3.樣品表面準(zhǔn)備：按照實(shí)驗(yàn)要求對樣品進(jìn)行處理,，如清洗,、拋光等，以保證樣品表面平整,、干凈,。

　　4.探針與樣品接觸：將調(diào)制好的探針在STM系統(tǒng)中保持垂直小范圍振動(dòng)，并逐漸逼近樣品表面,，直至探針和樣品之間出現(xiàn)隧穿電流信號,，縮小探針和樣品的距離，優(yōu)化隧穿電流強(qiáng)度,，以達(dá)到最佳成像效果,。

　　5.成像操作：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，初步選擇掃描區(qū)域，探針沿所選擇的方向移動(dòng),，同時(shí)記錄隧穿電流信號,，構(gòu)建樣品表面的分布圖像。在成像中,，需要注意探針傾向和掃描方向的選擇,，以確定最佳成像效果,。

　　6.操作結(jié)束：停止探針震動(dòng),，升離樣品表面，可以對探針進(jìn)行后處理,，并對得到的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,。