什么是扫描探针显微镜？(a scanning probe microscope?)

扫描探针显微镜是一种可以产生非常高细节的三维表面图像的显微镜，包括原子尺度的。根据使用的显微镜技术，其中一些显微镜还可以测量材料的物理特性，包括电流、电导率和磁场。第一台扫描探针显微镜被称为扫描隧道显微镜（STM），发明于20世纪80年代初。STM的发明者在几年后获得了诺贝尔物理学奖。从那时起，基于相同基本原理的其他几种技术也被发明了。。...

所有扫描探针显微镜技术都涉及对材料表面的小而尖的尖端扫描，因为数据是从扫描中数字获取的。为了产生准确的图像，扫描探针的尖端必须小于被扫描表面上的特征。这些提示必须每隔几天更换一次。它们通常安装在悬臂上，在许多SPM技术中，通过测量悬臂的运动来确定表面的高度。

在扫描隧道显微镜中，在扫描尖端和被成像表面之间施加电流。通过调整尖端高度，电流保持恒定，从而生成表面的地形图像。或者，在测量变化电流以确定表面高度时，尖端高度可以保持恒定。由于该方法使用电流，因此仅适用于导体或半导体材料。

有几种类型的扫描探针显微镜属于原子力显微镜（AFM）。与扫描隧道显微镜不同，AFM可以用于所有类型的材料，而不管它们的导电性如何。所有类型的AFM都使用一些间接测量扫描尖端和表面之间的力来产生图像。这通常通过测量悬臂挠度来实现。各种类型的原子力显微镜包括接触式原子力显微镜、非接触式原子力显微镜和间歇接触式原子力显微镜。有几个因素决定了哪种类型的原子力显微镜最适合特定应用，包括材料的灵敏度和待扫描样品的大小。。

原子力显微镜的基本类型有一些变化。侧向力显微镜（LFM）测量扫描头上的扭转力，这有助于绘制表面摩擦图。扫描电容显微镜用于测量样品的电容，同时生成AFM地形图像。导电原子力显微镜（C-AFM）和STM一样使用导电尖端，从而产生AFM地形图和电流图。力调制显微镜（FMM）用于测量材料的弹性特性。。

除三维表面外，还存在其他扫描探针显微镜技术来测量特性。静电显微镜（EFM）用于测量表面上的电荷。它们有时用于测试微处理器芯片。扫描热显微镜（SThM）收集导热系数数据，并绘制表面形貌图。磁力显微镜（MFM）测量表面的磁场和地形。

发表于 2022-02-10 08:16
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分类：科学

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