扫描探针显微镜（扫描电子显微镜的原理及应用）

扫描探针显微镜

是什么样的硬核DIY项目，扫描探针显微镜，能在硬件设计大赛——「星火计划」活动中斩获2W元的奖金（一等奖）？还被中科院保研了？

扫描探针显微镜（扫描电子显微镜的原理及应用）

——它就是，隧道扫描显微镜（OpenSTM）。

如果说列文虎克的光学显微镜让科学的边界来到了细胞级别。

那么隧道扫描显微镜的诞生就让科学的视野在原子层面更近了一步。因为它能以0.2纳米的分辨率看见原子。

生命在于“挑战”！这么硬核的工程，咱能不DIY一个试试？[惊喜]

本项目是希望通过DIY来搭建一个原子级扫描隧道显微镜，并希望能够完成对热解石墨（HOPG）的结构成像。

目前，这个DIY项目已经成功测量了：隧穿距离-电流曲线、热解石墨（HOPG）的偏压-电流曲线、样品无尺寸定性成像。

隧穿距离-电流曲线

扫描电子显微镜的原理及应用

扫描电镜是相当与对物体的照相得到的是表面的只是表面的立体三维的图象因为扫描的原理是“感知”那些物提被电子束攻击后发出的此级电子而透射电竟就相当于普通显微镜只是用波长更短的电子束替代了会发生衍射的可见光从而实现了显微是二维的图象会看到表面的图象的同时也看到内层物质就想我们拍的X光片似的内脏骨骼什么的都重叠着显现出来总结就是透射虽然能看见内部但是不立体扫描立体但是不能看见内部只局限与表面最后写论文的时候就用了扫描电镜的图，你说看主要做形貌，凡是需要看物质表面形貌的，都可以用扫描电镜，不过要要注意扫描电镜目前分辨率，看看能否达到实验要求。两种测试手段的适用情况凡是需要看物质表面形貌的，都可以用扫描电镜，不过最好的扫描电镜目前分辨率在0.5~1nm左右。如果需要进一步观察表面形貌，需要使用扫描探针显微镜SPM（AFM，STM).如果需要对物质内部晶体或者原子结构进行了解，需要使用TEM.例如钢铁材料的晶格缺陷,细胞内部的组织变化。当然很多时候对于nm材料的形搜索态也使用TEM观察。区别扫描电镜观察的是样品表面的形态，而透射电镜是观察样品结构形态的。一般情况下，透射电镜放大倍数更大，扫描探针显微镜，真空要求也更高。扫描电镜可以看比较“大”的样品，最大可以达到直径200mm以上，高度80mm左右，而透射电镜的样品只能放在直径3mm左右的铜网上进行观察。

扫描探针显微镜的原理与应用

作为研究低维材料和表面科学的重要工具，扫描隧道显微镜（STM）及其相关各类扫描探针显微技术（SPM）的发明极大推动了纳米科技的发展。然而作为复杂的综合性系统，该类设备涉及超高真空、低温、极低振动、精密机械加工、精密电子学探测和控制等诸多技术领域，我国SPM设备长期以来主要依靠从发达国家进口。

中国科学院物理研究所高鸿钧研究组（N04组）多年来一直致力于扫描探针显微学及其在低维量子结构方面应用的研究，取得了一系列重要成果。同时也在相关高精尖仪器自主研制方面不断积累，奠定了扎实的基础。通过与物理所技术部研究员郇庆紧密合作，扫描探针显微镜，他们自主研制了一批核心关键部件，成功完成了一台商业化四探针系统的全面升级改造【ReviewofScientificInstruments,88(6):063704,2017】。针对原有系统所存在的噪音大、温漂显著、分辨率低等问题，他们将该系统进行了多方位彻底改造，包括减振与阻尼、扫描结构、导热链接与热屏、针尖定位扫描电镜的替换等，从根本上解决了系统信噪比、机械和温度稳定性、成像分辨率以及降温等方面的问题。与此同时，他们研发了一套“分时复控电路单元”，为多探针SPM系统提供低成本的分时控制解决方案，进一步发挥该系统的特色和优势。该研究组博士生马瑞松、副研究员鲍丽宏等人利用彻底改造升级后的四探针系统，对石墨烯晶界电阻率与迁移率等输运特性展开了系统研究，拓展了人们对石墨烯晶界/褶皱处本征电子输运特性的认识，扫描探针显微镜，展示了改造完成的四探针扫描隧道显微镜系统在研究缺陷等微观结构特性对材料输运性质的影响方面的独特优势【NanoLetters,17(9):5291,2017】。