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法律研究原子力显微镜和扫描隧道显微镜的区别
原子力显微镜 (AFM) 和扫描隧道显微镜 (STM) 是两种非常有效的技术，用于在原子和分子水平上检查材料。AFM 利用探针与样品表面之间的相互作用力。STM 是一种显微镜，它使用导电探针扫描样品的表面。
虽然 AFM 和 STM 有一些共同点，但它们也存在一些实质性的差异。阅读本文以了解更多关于 AFM 和 STM 的信息，以及它们之间是如何不同的。
什么是 AFM？
AFM 利用探针与样品表面之间的相互作用力。悬臂梁的尖锐探针靠近样品表面，在那里它与表面力相互作用，例如范德华力、静电力和磁力。利用反射在悬臂梁后部并投射到位置敏感光电探测器上的激光束来测量由这些力引起的悬臂梁的偏转。
AFM 可以生成样品表面具有亚纳米分辨率的三维图像。通过在表面上以光栅图案扫描探针并测量每个位置的悬臂梁的偏转来绘制样品表面的形貌。收集到的数据用于生成样品表面的高度图，揭示其形状、粗糙度和表面特征的信息。
除了形貌信息外，AFM 还可以提供有关样品表面的其他类型的信息。通过使用功能化的探针，AFM 可用于绘制化学特性（例如表面上某些官能团的存在）。它还可以测量样品表面的机械性能，例如弹性、粘附性和摩擦力。
什么是 STM？
STM 是一种显微镜，它使用导电探针扫描样品的表面。由于量子隧穿现象，当探针非常靠近样品表面时，可以在探针和表面之间流动微弱的电流。通过测量此电流，可以确定样品表面的形貌和其他特征。
STM 基于量子力学隧穿效应，该效应指出电子即使没有足够的能量克服势垒，也可以穿过势垒。STM 探针非常靠近样品表面，并且在探针和表面之间产生一个小偏压。这在探针和表面之间形成了一个势垒，如果探针和表面之间的距离足够小，电子可以通过该势垒隧穿。
一个灵敏的放大器测量由于隧穿效应而通过探针和表面之间的电流。STM 可以生成样品表面具有原子分辨率的三维图像。通过在表面上以光栅图案扫描探针并在每个位置测量隧穿电流来绘制样品表面的形貌。收集到的数据用于生成样品表面的高度图，揭示其形状、粗糙度和表面特征的信息。
除了形貌信息外，STM 还可以提供有关样品表面电学性能的信息。通过测量作为施加电压函数的隧穿电流，可以估计样品表面的局部态密度 (LDOS)。这可以提供有关样品表面电子结构和性质的信息，例如费米能级周围电子态的存在。
STM 是一种强大的工具，用于研究原子和分子水平上材料的物理和电学性质。它能够提供原子分辨率并量化样品表面的局部态密度，使其成为许多研究领域的有效工具。
AFM 和 STM 的区别
下表重点介绍了 AFM 和 STM 之间的主要区别：
特征 |
AFM |
STM |
|---|---|---|
原理 |
AFM 利用探针与样品表面之间的相互作用力。 |
STM 是一种使用导电探针扫描样品表面的显微镜。 |
简称 |
原子力显微镜 (AFM) |
扫描隧道显微镜 (STM) |
成像模式 |
非接触式、轻敲式和侧向力模式 |
恒高模式和恒电流模式 |
成像能力 |
AFM 可以成像导电和非导电样品。 |
STM 只能成像导电样品。 |
成像分辨率 |
所有模式下均具有亚纳米分辨率。 |
原子分辨率 |
样品制备 |
AFM 需要最少的样品制备。 |
STM 样品必须是导电且清洁的。 |
应用 |
它用于材料科学、生物学和化学。 |
它用于材料科学和物理学。 |
局限性 |
它仅限于在室温和空气或液体环境中成像。 |
它仅限于导电样品，并且需要导电衬底。 |
结论
总之，AFM 可以提供有关样品物理和机械性能的数据，例如高度、粗糙度和弹性。STM 可以提供有关样品电子性能的数据，例如电导率和电子结构。
在 AFM 和 STM 之间做出选择将取决于样品的特性和所需的信息类型。
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