自制扫描隧道显微镜

该项目是我试图建立一种能够在空气中的原子分辨率成像的低成本扫描隧道显微镜（STM）。通常以STM使用的压电扫描仪通常至少花费数百美元。前段时间，我遇到了约翰·亚历山大的简单STM项目，其中他使用了一个廉价的压电蜂鸣器元件，其中一个电极切成象限以启用XYZ运动。这种类型的扫描仪比通常用于STM的扫描仪更刚刚，但我决定尝试一下，看看我能与它达到多远。事实证明我能够用我的STM与原子分辨率相像高度导向的热解石墨（HOPG）！下图显示了石墨的六边形格子结构。

STM是一种能够用原子分辨率进行成像的工具。在STM中，尖锐的金属针在导电样品表面的几埃内被带到几埃内，并且在间隙上施加小的偏置电压。如果间隙足够小（＆lt; 1nm），则电子可以通过量子隧道穿过间隙。该“隧道电流”通常在PA - NA范围内，并且可以用跨阻抗放大器测量。 STM尖端安装在压电扫描仪上，该压电扫描仪能够在所有方向上能够进行子埃际运动。由跨阻抗放大器测量的隧道电流被馈送到反馈回路中，反馈回路控制施加到压电扫描仪的Z轴电极的电压，并作用以保持恒定的隧道电流，因此恒定的尖端样本距离。扫描仪的x和y轴用于光栅扫描样本的尖端。通过测量作为扫描位置的函数的Z轴电压，构造样品地形的图像。如果尖端移动更靠近样本表面，则隧道电流呈指数增加。这种指数关系使得STM敏感足以解决单个原子，即使在环境条件下也是如此。如果STM尖端是原子上的（不太难以尽可能难以实现！），那么几乎所有隧穿电流都会流过最靠近样本表面的尖端上的单个原子，导致具有原子分辨率的图像。

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