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1、扫描隧道显微镜纳米技术的发展与扫描隧道显微镜的发明和应用密切相关。正是扫描隧道显 微镜的出现，催生出扫描隧道显微技术，并展示出诱人的功能和潜力，尤其是利 用隧道扫描技术可以直接控制纳米级物质的摆放，从而给纳米技术注入了不可估 量的活力。扫描隧道显微镜于1981年由格尔德宾宁和海因里希罗雷尔在IBM苏黎 世实验室发明，两位发明者因此与透射电子显微镜的发明者鲁斯卡一起获得了 1986 年的诺贝尔物理学奖。扫描隧道显微镜具有很高的分辨率，可以观察、测 量物体表面单个原子和分子的排列状态以及电子在表面的行为。可以用这么一个 比喻来形容扫描隧道显微镜的分辨本领：用扫描隧道显微镜可以把一个原子放大 到一个
2、网球大小的尺寸，这相当于把一个网球放大到地球那么大。也可以利用扫描隧道显微镜的探针尖端精确操纵原子，进行单个原子和分子的搬迁、去除、添加和重组，构造出新结构的物质，是纳米科技领域重要的测量 和加工工具。1993 年 5 月,位于美国加州 Almaden 的 IBM 研究中心的 M.F.Crommie 等人,在 4K（4 开尔文,-269 摄氏度）温度下用电子束将单层铁原子蒸发到清洁的 铜表面,然后用扫描隧道显微镜操纵这些铁原子,将它们排成一个由 48 个原子组 成的圆圈.圆圈的平均半径为 7.13 纳米,相邻铁原子之间的平均距离为 0.95 纳米. 这个原子圈虽然是由离散原子组成的,因而并不连
3、续,但却能够像栅栏一样围住圈 内处于铜表面的自由电子,故而得名“量子围栏”，如下图。之后，我国科学家亦操纵原子写出“中国”两字，并通过排列原子绘出中国轮廓图。（话说国内技术还是不如国外哈，两字写得真难看。）扫描隧道显微镜的工作原理非常简单，基于量子力学的隧道效应和三维扫描。 一根非常细的钨金属探针（针尖极为尖锐，仅由一个原子组成，为 0.11 纳米） 慢慢地划过被分析的样品，如同一根唱针扫过一张唱片。在正常情况下互不接触 的两个电极（探针和样品）之间是绝缘的。然后当探针与样品表面距离很近，即 小于1 纳米时，针尖头部的原子和样品表面原子的电子云发生重叠。此时若在针 尖和样品之间加上一个电压，电子便会穿过针尖和样品之间的绝缘势垒而形成纳 安级（10 的-9 次方安培）的隧道电流，从一个电极（探针）流向另一个电极（样品），正如不必再爬过高山，却可以通过隧道而从山下通过一样。当其中一个电 极是非常尖锐的探针时，由于尖端效应而使隧道电流加大。将得到的电流信息采 集起来，再通过计算机处理，可以得到样品表面原子排列的图像。样品压自管拄制巨压濟谓电潦放一大器远程控制和扫播隧這屯压菽捲处理和显示
