掃描隧道顯微鏡20世紀(jì)重大科技成果之一-免費(fèi)閱讀
【正文】 這個(gè)數(shù)值與實(shí)驗(yàn)得到的極限值一致．由阿貝理論得知：如果利用波長(zhǎng)更短的波來作為像的形成源，顯微鏡的分辨本領(lǐng)有可能進(jìn)一步提高．本世紀(jì)二十年代，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意（de．Broglie 1892—1980）發(fā)現(xiàn)：一切微觀粒子，例如：電子、質(zhì)子、中子等，也具有波動(dòng)性．人們把這種波稱為德布羅意波．電子的德布羅意波長(zhǎng)為： （2）其中h為普朗克常數(shù)，電子受電場(chǎng)V加速獲得動(dòng)能，其速度為： 所以 當(dāng)加速電壓在幾十千伏以上時(shí)，考慮相對(duì)論修正，則有： （3）式中m0為電子靜止質(zhì)量，c為光速．當(dāng)電子被100kV的電壓加速時(shí)，電子的波長(zhǎng)為0．0037nrn．顯然，電子的波長(zhǎng)比光波的波長(zhǎng)短得多，比γ射線的波長(zhǎng)還短．于是，人們立即想到是不是可以利用電子束來代替光波？1932年，德國(guó)年輕的研究員E盧斯卡（E．Ruska 1906—1988）等人，第一次用電子束得到了鋼網(wǎng)放大形成的電子像，它雄辯地證實(shí)了使用電子束可以形成與光學(xué)透鏡完全無異的像，從此開始了電子顯微鏡的歷史． 顯然電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)大大高于光學(xué)顯微鏡．現(xiàn)代高分辨透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscopy，TEM）分辨率優(yōu)于0．3nm，晶格分辨率可達(dá)0．l～0．2nm．幾十年來許多分析方法和儀器相繼問世，如：場(chǎng)離子顯微鏡（Field Ion Microscopy，F(xiàn)IM），掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM），俄歇譜儀（Auger Electron Spectroscopy，AES），光電子能譜（X－ray Photoemission Spectroscopy，XPS），低能電子衍射（Low Energy Electron Diffraction，LEED）等等，這些技術(shù)在表面研究中都起著重要作用．但是任何一種技術(shù)都有一定的局限性，如透射電子顯微鏡主要研究薄膜樣品的結(jié)構(gòu)，場(chǎng)離子顯微鏡只能探測(cè)曲率半徑小于100nm的針尖狀樣品的原子結(jié)構(gòu)，俄歇譜儀只用以提供空間平均的電子結(jié)構(gòu)信息，且這些技術(shù)只在真空環(huán)境下才能工作，并對(duì)樣品將產(chǎn)生一定程度的損傷；因而電子顯微鏡也存在著自身的缺陷性．2．STM的理論依據(jù) 按照經(jīng)典物理學(xué)計(jì)算表明，微觀粒子不能越過比它自身能量高的勢(shì)壘，就好像有一座環(huán)形山從外部將它們包圍住一樣，粒子的能量沒有達(dá)到使它們可以越過這座山而跑到外邊去．但量子力學(xué)認(rèn)為，由于微觀粒子具有波動(dòng)性，當(dāng)一粒子進(jìn)入一勢(shì)壘中，勢(shì)壘的高度Φo比粒子能量E大時(shí)，粒子穿過勢(shì)壘出現(xiàn)在勢(shì)壘另一邊的幾率p（z）并不為零（如圖1所示），即粒子在偶然間可以不從山的上面越過去，而是從穿過山的一條隧道中通過去，人們稱這種現(xiàn)象為“隧道效應(yīng)”． 按照量子理論可推導(dǎo)出在兩平板電極間的粒子穿過勢(shì)壘的電流密度為： 如圖（1） 勢(shì)壘示意圖 （4）其中h為普朗克常數(shù)，VT為板間電壓，ko為功的函數(shù)，s為兩個(gè)電極的間距．J和極間距s成指數(shù)關(guān)系，若s增加 0．1nm時(shí)，電流將改變
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