扫描隧道显微镜工作原理是怎样的？求答案

仪器简介扫描探针显微镜是指一类通过微小探针在样品表面扫描，将探针与样品表面间的相互作用转换为表面形貌和特性图像的显微镜。它提供了表面的三维高空间分辨的图像。

扫描探针显微镜(SPM)主要包括扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)两种功能。完整的扫描探针显微镜由控制系统和显微镜系统组成。

扫描隧道显微镜的工作原理是利用电子隧道现象，将样品本身作为一具电极，另一个电极是一根非常尖锐的探针。把探针移近样品，并在两者之间加上电压，当探针和样品表面相距只有数十埃时，由于隧道效应在探针与样品表面之间就会产生隧穿电流，并保持不变。若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也将使穿电流发生成千上万倍的变化。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。扫描隧道显微镜一般用于导体和半导体表面的测定。

原子力显微镜主要包括接触模式、非接触模式和轻敲模式。一个对力非常敏感的微悬臂，其尖端有一个微小的探针，当探针轻微地接触、接近或轻敲样品表面时，由于探针尖端的原子与样品表面的原子之间产生极其微弱的相互作用力而使微悬臂弯曲，将微悬臂弯曲的形变信号转换成光电信号并进行放大，就可以得到原子之间力的微弱变化的信号。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。

90多年前，物理学家尤金·维格纳预言，在低密度和低温下，通常在材料中飞驰的电子会冻结在原地并形成电子冰--或被称为维格纳晶体。 虽然物理学家已经获得了维格纳晶体存在的间接证据，但直到现在还没有人能够拍下一张照片。

近日，来自伯克利实验室和加州大学伯克利分校的物理学家在《自然》上发表了一张夹在两个半导体层之间的电子冰的图像。该图像证明了这些晶体的存在。

这项研究的论文高级作者、伯克利实验室材料科学部高级科学家和加州大学伯克利分校物理学教授Feng Wang对《自然》说道：“如果你说你有一个电子晶体，就给我看看这个晶体。”

伯克利实验室和加州大学伯克利分校的团队开发了一种可视化晶体的新技术，这些晶体在被探测时往往会“融化”。该团队通过在半导体夹层上放置石墨烯片能够用扫描隧道显微镜探测到维格纳晶体而不会融化样品，另外还展示了晶格结构，这就像维格纳预测的那样。

据该研究论文的共同第一作者、博士生Hongyuan Li和前博士后Shaowei Li介绍称，这项研究不仅为理解电子维格纳晶体奠定了坚实的基础，而且还提供了一种普遍适用于其他系统中相关电子晶格成像的方法。

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