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1、第31卷第2期沈阳航空航天大学学报Vol郾31No郾22014年4月JournalofShenyangAerospaceUniversityApr郾2014藗蕚蕚蕚蕚藗蕚文章编号:2095-1248(2014)02-0084-03摇蕚藗基蕚础蕚科学蕚蕚藗摇STM中量子隧穿效应原子模型的计算机模拟王兆阳,王宏伟(沈阳航空航天大学理学院,沈阳110136)摘要:首先介绍了STM中原子的量子隧穿效应,并进行了量子力学分析。接着用Maya2013模拟了隧穿效应和STM扫描过程,最后研究了隧道电流和探针表面的距离的关
2、系式,并绘制了其关系图像。图像表明隧道电流对针尖与样品的距离是很敏感的,当针尖与样品的距离增加0郾1nm,隧道电流将会成指数级的变化。所以控制针尖与样品的距离和针尖的大小对实验有至关重要的作用。关键词:隧道效应;扫描隧道显微镜(STM);Matlab中图分类号:TP319摇摇摇文献标志码:Adoi:10.3969/j.issn.2095-1248.2014.02.019ComputersimulationofatomicmodelofquantumtunnelingeffectinSTMWANGZhao鄄y
3、ang,WANGHong鄄wei(SchoolofScience,ShenyangAerospaceUniversity,Shenyang110136,China)Abstract:Firstly,quantumtunneleffectofatomsinSTMisintroducedinthispaperandquantummechanicsanalysisiscarriedout.Next,tunneleffectandSTMscanningprocessaresimulatedwithMaya2013.
4、Finally,weexaminetherelationshipbetweentunnelingcurrentandthedistanceoftheprobesurface,anddrawitsgraph,whichshowsthatthetunnelingcurrentisverysensitivetothedistancebetweenthetipandsample.Asthedistancebetweenthetipandthesampleincreases0郾1nm,thetunnelingcurr
5、entwillalterexponentially.Therefore,harnessingthedistancebetweenthetipandthesampleandthesizeofthetipiscriticaltothesuc鄄cessoftheexperiment.Keywords:tunneleffect;scanningtunnelingmicroscopy(STM);Matlab摇摇隧道效应是由微观粒子波动性所确定的量子述,而波函数遵循薛定谔方程,从薛定谔方程的解效应。当针尖与样品之间加上
6、偏压,就会导致电就可以知道电子在各个区域出现的概率密度,从流的流动。这种电流是量子力学现象,称为隧道而能进一步得出电子穿过势垒的概率。效应。经典物理学认为,物体越过势垒,有一阈值一维薛定谔方程22能量;粒子能量小于此能量则不能越过,如果大于浊d-追(z)+U(z)鬃(z)=E追(z)(1)[1]2mdz2此能量则可以越过。经典物理学认为,动能是非负的量,因此一个考虑分段恒定势的情况,在经典许可的区域,E>粒子的势能要大于它的总能量是不可能的。而在U(z)有下列解:依ikz量子理论中,电子具有波动性,其运动用
7、波函数描追(z)=追(o)e(2)收稿日期:2013-12-27基金项目:国家自然科学基金青年基金(项目编号:51101105)作者简介:王兆阳(1971-),男,山东聊城人,副教授,主要研究方向:发光材料和光纤传感技术,E鄄mail:wangzhy@sau.edu.cn。第2期摇摇摇王兆阳,等:STM中量子隧穿效应原子模型的计算机模拟85其中随着电压的变化也能反映针尖样品间距的变化,2m(E-U)从而可以观察出样品表面的特征。k=(3)浊在经典禁戒区域,有下列解:2摇扫描隧道显微镜模型的建立-kz追(z)
8、=追(o)e(4)2m(U-E)图2是根据实体模型进行建模的图形。其中k=是衰减常数,可以观察到浊2在右侧一个电子出现的几率密度正比于
9、追(0)
10、-2kz姿,它在势垒区有非零的数值,从而以非零的[2]几率穿过势垒。因此一个入射粒子穿透一个势能大于总能量的有限区域的几率是非零的。所以物质表面上的一些电子就会逸散出来。当势垒宽度为0郾1nm时,粒子的透射概率达零点几;而当势垒宽度为1nm时,粒子透射概率减小到-101
