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1、扫描探针显微术陈宝箴(中国科学技术大学近代物理系,合肥，230026)摘要：自从1982年G.Binnig,等人制成世界上第一台扫描隧道显微镜以来，扫描探针显微术(SPM)有了飞速的发展。一方面，新用途的扫描探针显微镜在不断的研制出，另一方面，原有类型的扫描探针显微镜成本在大幅度下降，能为一般的科研机构所承受，进入了大规模的应用阶段，极大的推动了相关学科的发展。本文将回顾扫描探针显微术的发展历史和各方面的应用。1引言：后来也提出了对样品进行压电式扫描的想扫描隧道显微术是一项革命性的技术，法。但由于种种原
2、因，他的工作没有受到注它使人类能够获得原子尺度上的三维图像。意。直到1956年，O’Keefe重新研究了相同它的发展带来了众多相关领域诸如纳米科的想法。这次，O’Keefe研究了光在一个100学，生物科学，凝聚态物理的重大突破。埃的狭逢中的传播，指出了该技术有望达到100埃的分辨率。但不幸的是，他断言相关的技术还不成熟，实验方面的工作还不具有可行性，因此他放弃了进一步的研究。Baez之后用声波的方法一一核实了这些概念。1972年，Ash和Nicholls两人使用3cm波长的微波辐射做成了世界上第一个近场
3、高分辨率扫描显微镜。他们达到了150微米的分辨率（波长的二百分之一）.1981年IBM的Gerd.Binnig和HeinrichRohrer制成了世界上第一台扫描隧道显微镜，由此人类第一次STM获得了原子尺度上的图像。二人因此项工作和一般的光学光微镜不同，扫描探针显获得了诺贝尔奖。自此SPM的发展日新月[2]微镜没有镜片。它是的核心部分是它的探针异。以下是一些主要的扫描探针显微术.尖。主要靠测量探针头与被测样品表面的作1扫描隧道显微（1981）用来确定被测样品的表面性质。这种相互作－G.Binnig,H
4、.Rohrer用的类型确定了扫描探针显微镜的类型。当－导体表面的原子级别的图像测量的相互作用是针尖与样品间的隧穿电2扫描近场光学显微镜（1982）流时，就是扫描隧道显微镜(STM);当测量－D.W.Pohl的相互作用是探针表面原子和样品表面原－50nm的光学图像子作用力时，就是原子力显微镜(AFM)。以3－扫描电容显微分析（1984）此类推，对应着一种相互作用就对应着一种－J.R.Matey,J.Blanc扫描探针显微术。－500nm分辨率的电容变化图像2历史：4－扫描热能显微分析（1985）对于扫描探
5、针显微术的最初研究可以追溯－C.C.Williams,H.K.Wickramasinghe[2]到上个世纪２０年代。1928年英国科学家－50nm的热能图像Synge提出了扫描探针近场光学显微镜的概５－原子力显微镜（1986）念。他提出制造一个玻璃的针尖，在这个针－C.Binnig,C.F.Quate,Ch.Gerber尖的末端有一个极小的照相机的光圈，然后－导体或非导体表面的原子级别的图像用这个针尖对待测样品作一行行的扫描。他６－扫描吸引力显微镜（1987）E-Mail:bzchen@ustc.edu
6、－Y.Martin,C.C.Williams.19－吸收显微镜(1989)H.K.Wichramasinghe－J.Weaver,H.K.Wickramasinghe－5nm级别的表面非接触(non-contact)图像。－1nm的吸收图像7－磁力显微镜（1987）20－扫描化学势能显微术(1990)－Y.Martin,H.K.Wichramasinghe－C.C.Williams,H.K.Wickramasinghe－100nm的磁头图像－原子级别的化学势能差别的图像8－摩擦力显微镜（1987）21－
7、光电STM(1990)－C.M.Mate,G.M.McClelland,S.Chiang－R.J.Hamers,K.Markert－侧向力的原子级别图像－纳米量级的光电图像9－静电力显微镜（1987）22－开尔文探针力显微镜(1991)－Y.Martin,D.W.Abraham,－M.Nonnenmacher,M.P.O’Boyle,H.K.WichramasingheH.K.Wickramasinghe－对于基本电荷量级电量的探测。－10nm量级的界面势能(contactpotential)测10－非
8、弹性隧道波谱STM(1987)量。－D.P.E.Smith,D.Kirk,C.F.Quate23－无光圈近场光学显微镜（1994）－STM中的分子的声子光谱－F.Zenhausern,M.P.O’Boyle,11－激光STM（1987）H.K.Wickramasinghe－L.Arnold,W.Krieger,H.Walther－1nm分辨率的光学显微镜－ＳＴＭ中的光学波的非线性合成3最新进展及应用12－弹道电子发射显微镜(1988)1）作
