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詳解STM與AFM在納米尺度下的成像原理和應(yīng)用有何異同點(diǎn)
來源: 時(shí)間:2023-11-29 14:48:49 瀏覽:3489次

詳解STMAFM在納米尺度下的成像原理和應(yīng)用有何異同點(diǎn)

 

掃描隧道顯微鏡Scanning Tunneling Microscope,簡稱STM)和原子力顯微鏡Atomic Force Microscope,簡稱AFM)是兩種常見的納米尺度成像和測量技術(shù),它們在納米科技領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,本文將詳細(xì)介紹STMAFM的成像原理、應(yīng)用以及兩者之間的異同。




一、成像原理

1. STM成像原理

STM利用量子隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對樣品表面的原子級分辨率成像,STM中,一個(gè)極細(xì)的金屬探針與被研究物質(zhì)表面非常接近(通常小于1nm),形成一個(gè)納米間隙,在外加電場的作用下,電子會(huì)穿過這個(gè)間隙流向另一電極,隧道電流與間隙大小呈指數(shù)關(guān)系,從而可以獲得原子級分辨率的樣品表面形貌特征圖像。

2. AFM成像原理

AFM利用原子間相互作用力實(shí)現(xiàn)對樣品表面的原子級分辨率成像AFM中,一個(gè)懸空的探針與被研究物質(zhì)表面接觸,探針在表面掃描過程中,通過檢測探針與樣品之間的原子間力(如范德華力、氫鍵等)的變化,實(shí)現(xiàn)對樣品表面形貌的原子級分辨率成像。

 

二、應(yīng)用異同點(diǎn)

1. 應(yīng)用范圍

相同點(diǎn):STMAFM均可以實(shí)現(xiàn)對納米尺度樣品的原子級分辨率成像,廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域。

不同點(diǎn):STM主要用于研究固體表面,特別是半導(dǎo)體、金屬等導(dǎo)電材料,由于STM需要外加電場,因此不適用于非導(dǎo)電材料AFM則適用于各種材料,包括非導(dǎo)電材料,其應(yīng)用范圍更廣泛。

2. 成像速度和分辨率

相同點(diǎn):STMAFM均可以實(shí)現(xiàn)高分辨率的成像。

不同點(diǎn):STM成像速度相對較慢,因?yàn)樾枰诩{米間隙中調(diào)節(jié)隧道電流,以獲取清晰的圖像;AFM成像速度相對較快,因?yàn)樘结樑c樣品之間的相互作用力較強(qiáng),信號(hào)變化更為明顯,在相同分辨率下,AFM的成像速度通常優(yōu)于STM。

3. 樣品制備和操作難度

相同點(diǎn):STMAFM都需要對樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹苽?,以保證探針與樣品之間的良好接觸。

不同點(diǎn):STM操作過程中,需要精確控制探針與樣品表面的距離,以實(shí)現(xiàn)清晰的成像,操作難度較高;AFM操作相對簡單,但由于探針與樣品之間的相互作用力可能受到環(huán)境因素(如溫度、濕度等)的影響,因此需要對儀器進(jìn)行定期校準(zhǔn)。

4. 數(shù)據(jù)分析

相同點(diǎn):STMAFM均可提供有關(guān)表面形貌、原子排列等方面的詳細(xì)信息。

不同點(diǎn):STM數(shù)據(jù)分析主要基于隧道電流,可獲得有關(guān)電子密度、電子傳輸?shù)确矫娴男畔?/span>AFM數(shù)據(jù)分析基于探針與樣品之間的相互作用力,可獲得有關(guān)表面硬度、彈性模量等方面的信息。

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全部 3小時(shí)前 四川
文字是人類用符號(hào)記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具?,F(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達(dá)的方式和思維不同。文字使人類進(jìn)入有歷史記錄的文明社會(huì)。
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