yy.vip易游-扫描隧道电镜

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　　。STM通过探测探针与样品间的隧穿电流来分辨表面形貌，可实现原子级分辨率观测

　　。2022年，大湾区研究院研制出国内首台太赫兹扫描隧道显微镜，实现了埃级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率

　　scanning tunnel electron microscope;STEM

　　一种可以获得高分辨率三维影像的电子显微镜。利用量子隧道效应，以原子线度的极细针尖在接近样品表面(小于1 nm)处扫描，可以显示样品原子尺度的表面特征。如可分辨出DNA分子的螺旋结构和碱基对排列。

　　scanning tunnel electron microscope，STEM

　　。其基于量子隧穿效应，通过原子线度的探针针尖在接近样品表面（小于1纳米）扫描，探测隧穿电流以获得表面原子尺度的形貌信息

　　，次年（1982年）在IBM苏黎世实验室成功研制出世界上第一台扫描隧道显微镜

　　由于这一发明，格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔与电子显微镜的发明者恩斯特·鲁斯卡共同获得了1986年诺贝尔物理学奖

　　。2022年，大湾区研究院成功研制出国内首台太赫兹扫描隧道显微镜系统，具有埃级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率

　　团队研制出国际首例能在极低温强磁场条件下工作的双轴旋转扫描隧道显微镜探头

　　。隧穿电流对探针与样品之间的距离极其敏感，距离减小0.1纳米，电流可增大一个数量级

　　。恒流模式是主流工作模式，其反馈电路控制探针上下运动以保持隧穿电流恒定，探针的运动轨迹反映了样品表面的形貌

　　。扫描头由压电陶瓷管驱动的粗进针和精细进针装置组成，实现探针在微纳尺度的精确定位和扫描

　　，例如1990年美国IBM公司的科学家用扫描隧道显微镜在平滑的镍表面把35个氙原子摆出“IBM”三个字母

　　。想要操纵分子或原子，可利用探针拨动它们，也可通过针尖对原子加一个脉冲电压，诱发其簸动

　　。交叉领域应用方面，太赫兹扫描隧道显微镜（THz-STM）可用于新型量子材料、微纳光电子学、生物医学、超快化学等领域

　　。强磁场扫描隧道显微镜则用于研究材料在极端条件下的物性，例如在创纪录的27T或30T以上超强磁场下得到原子分辨图像

　　STM技术仍在不断发展，2022年，中国研究团队成功研制出国内首台太赫兹扫描隧道显微镜系统，实现了埃级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率，将时间分辨率提升了100万倍以上

　　。该显微镜为进一步揭示微纳尺度下电子的超快动力学过程提供了强有力的技术手段

　　太赫兹扫描隧道显微镜（THz-STM）将太赫兹脉冲技术与扫描隧道显微镜结合，以实现高空间分辨率和高时间分辨率

　　。2013年，加拿大阿尔伯塔大学教授Frank Hegmann首次将太赫兹脉冲和STM结合

　　在扫描隧道显微镜原理启发下，科学家还发展出了近场扫描光学显微镜（NSOM/SNOM）、磁力显微镜（MFM）等多种扫描探针显微镜

　　扫描隧道显微镜技术本身也在不断拓展应用边界，发展出可在超强磁场、极低温或溶液等极端条件下工作的原子分辨扫描隧道显微镜

　　。此外，还实现了可实现探头多轴旋转以研究磁场各向异性效应的特殊扫描隧道显微镜系统