原子力显微镜.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;、概述蝿在当今的科学技术中,如何观察、测量、分析尺寸小于可见光波长的物体,,(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、场离子显微镜(FIM)、俄歇电子能谱仪(AES)、光电子能谱(ESCA)等,,GerdBinnigHeinrichRohrer在IBM公司苏黎世实验室共同研制成功了第一台扫描隧道显微镜(scanningtunnel2ngmicroscope,STM)[1],使人们首次能够真正实时地观察到单个原子在物体表面的排列方式和与表面电子行为有关的物理、化学性质[2].1986年,、场离子显微镜之后,第三种以原子尺寸观察物质表面结构的显微镜,,,可在大气、液体环境下,、物理、,当样品的表面与探针针尖的距离非常近时(一般小于1nm),在外加电场作用下,电子会穿过两个电子之间的势垒流向另一电极,,因此STM要求样品表面能够导电,,但导电薄膜的粒度和均匀性难以保证,,Binnig,Quate和Gerber决定用微悬臂作为力信号的传播媒介,把微悬臂放在样品和STM的针尖之间,于1986年推出了原子力显微镜(atomicforcemicroscope,AFM)[3].AFM是通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力),AFM除导电样品外,还能够观测非导电样品的表面结构,且不需要用导电薄膜覆盖,,可以补充STM对样品观测得到的信息,且分辨率亦可达原子级水平[4].正如Binnig在研制出AFM之初时所指出的那样:“该仪器能测出小到单个原子间的相互作用力,若在低温条件下,甚至能检测出10-18N的微小作用力”[5].1988年,国外开始对AFM进行改进,研制出了激光检测原子力显微镜(Laser-AFM)[6-8].我国中国科学院化学所白春礼等人在1988年初成功地研制了国内第一台集计算机控制、数据分析和图像处理系统于一体的扫描隧道显微镜(STM).在同年底又研制出我国第一台原子力显微镜(AFM),[9,10],成功地研制出国内首台全自动Laser-AFM[11],,衍生出了一系列的扫描探针显(scanningprobemicroscope,SPM),有激光力显微镜(LFM)、磁力显微镜(MFM)、扫描电化学显微镜(SECM)、近光光学显微镜(SNOM)、弹道电子发射显微镜(BEEM)、扫描离子电导显微镜(SICM)(SPM)标志着对物质表面在纳米级上成像和分析的一个新技术领域的诞生,、AFM的工作原理和工作模式艿(1),由于它们原子之间存在极微弱的作用力(吸引或排斥力),,带针尖的微悬臂将对应于原子间作用力的等位面,在垂直于样品表面方向上起伏运动,通过光电检测系统(通常利用光学、电容或隧道电流方法)对微悬臂的偏转进行扫描,测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化,,包括微悬臂(Cantilever),施加到Cantilever末端力的表达式为[12]羄F=KΔZ葿式中,ΔZ表示针尖相对于试样间的距离,