扫描隧道显微镜STM
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5)可在真空、大气、常温等不同环境下工作，样品甚 至可浸在水和其他溶液中 不需要特别的制样技术并且 探测过程对样品无损伤．这些特点特别适用于研究生 物样品和在不同实验条件下对样品表面的评价，例如 对于多相催化机理、超一身地创、电化学反应过程中 电极表面变化的监测等。
液体中观察原子图象 下图所示的是在电解液中得到的硫酸根离子吸附在铜单晶(111)表面的
2) 可实时得到实空间中样品表面的三维图像，可用 于具有周期性或不具备周期性的表面结构的研究，这 种可实时观察的性能可用于表面扩散等动态过程的研 究．
3) 可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是对 体相或整个表面的平均性质，因而可直接观察到表面 缺陷。表面重构、表面吸附体的形态和位置，以及由 吸附体引起的表面重构等．
式中，I表示隧道电流，Ф表示有效局部功函数，d表示样品 与针尖间的距离，m为电子质量，h为普朗克常数。 在典型条件下，Ф近似为4eV，k=10 nm-1 如果d减小0.1 nm，隧道电流I将增加一个数量级
隧穿电流和金属间距成指数关系,由此在距离比较 远的时候,几乎不存在隧穿电流,而距离靠近时,电流 增长极快 ，隧道电流强度对针尖与样品表面之间距 非常敏感。
我们把三个分别代表X，Y，Z方向的压电陶瓷块组成三 角架的形状。通过控制X，Y方向伸缩达到驱动探针在样品 表面扫描的目的；通过控制 Z 方向压电陶瓷的伸缩达到控 制探针与样品之间距离的目的。
常用的压电材料是钛酸锆酸铅[Pb(Ti,Zr)O3](简称PZT)， 它是一种多晶陶瓷材料。由于掺杂含量的改变，将得到不同 性质的PZT材料。可以使1mV~1000V的电压信号转换成十 几分之一纳米到几微米的位移。
隧道探针一般采用直径小于1mm的细金属丝， 如钨丝、铂-铱丝等，被观测样品应具有一定的导电 性才可以产生隧道电流。
15.3 扫描隧道显微镜的工作原理
隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数 依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个 数量级。因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到 样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对x-y 方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌 图，这就是扫描隧道显微镜的工作原理。
其中，φ0为矩形势垒的高度，E为粒子动能。
a)一个高度为φ0的矩形势垒 b)一个典型的矩形势垒穿透几率密度函数P(Z)
STM工作时，在样品和针尖加一定电压，当样品与 针尖间的距离小于一定值时，由于量子隧道效应，样品 和针尖间产生隧道电流。
在低温低压下，隧道电流I可近似表达为：
I e2kd k 2m / h2
Heinrich Rohrer 1/4 of the prize Switzerland IBM Zurich Research Laboratory Rüschlikon, Switzerland b. 1933
常用分析测试仪器的主要特点及分辨率
分析 技术
分辨本领
工作 工作 对样品 探测深度 环境 温度 的破坏
恒电流模式是目前STM仪器设计时常用的工作模式，适合 于观察表面起伏较大的样品。
恒高度模式
若控制针尖在样品表面某一水平上扫描，则随着 样品表面高低起伏，隧道电流不断变化，通过记录 隧道电流的变化，可得到样品表面的形貌图。
恒高度模式适合于观察表面起伏较小的样品，一 般不能用于观察表面起伏大于1nm的样品，但是， 恒高度模式下，STM可进行快速扫描，而且能够有 效减少噪音和热漂移对隧道电流信号的干扰，从而 获得更高分辨率的图像。
STM图象。图中硫酸根离子吸附状态的一级和二级结构清晰可见。
6)利用STM针尖，可实现对原子和分子的移动和操纵，这为 纳米科技的全面发展奠定了基础．
1990年，IBM公司的科学家展示了一项令世人瞠目结舌的 成果，他们在金属镍表面用35个惰性气体氙原子组成 “IBM”三个英文字母。
利用STM实现单原子或单分子的操纵
"for their design of the scanning tunneling microscope"
Gerd Binnig
1/4 of the prize Federal Republic of Germany
IBM Zurich Research Laboratory Rüschlikon, Switzerland b. 1947
STM恒电流工作模式观察超细金属微粒(Pt/C样品) 2） STM所观察的样品必须具有一定程度的导电性，对半 导体，观察的效果就差于导体，对绝缘体则根本无法观察。
15.2 扫描隧道显微镜的原理
STM的基本原理是利用量子理论中的隧道效应。
将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极， 当样品与针尖的距离非常接近时(通常小于1 nm)，在外加电 场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一个电 极，这种现象称为隧道效应。
硅111面7 7原子重构象 为了得到表面清洁的硅片单质材料，要对硅片进行高温
加热和退火处理，在加热和退火处理的过程中硅表面的原子 进行重新组合，结构发生较大变化，这就是所谓的重构。
4)配合扫描隧道谱（STS）可以得到有关表面电子结构 的信息，例如表面不同层次的态密度。表面电子阱、 电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等．
可直接观察原子
大气 低温
STM
横向分辨率：0.1 nm 纵向分辨率：0.01 nm
溶液 室温 无 真空 高温
1～2原子 层
横向点分辨率：0.3～0.5 高真 低温
TEM
nm
空 室温 中 等于样品厚
横向晶格分辨率：0.1～0.2
高温
度
nm
(<100nm)
纵向分辨率：无
SEM
横向分辨率：1～3 nm 纵向分辨率：低
隧道针尖
隧道针尖的结构是扫描隧道显微技术要解决的主要问 题之一。针尖的大小、形状和化学同一性不仅影响着扫描 隧道显微镜图象的分辨率和图象的形状，而且也影响着测 定的电子态。
针尖的宏观结构应使得针尖具有高的弯曲共振频率， 从而可以减少相位滞后，提高采集速度。如果针尖的尖端 只有一个稳定的原子而不是有多重针尖，那么隧道电流就 会很稳定，而且能够获得原子级分辨的图象。针尖的化学 纯度高，就不会涉及系列势垒。例如，针尖表面若有氧化 层，则其电阻可能会高于隧道间隙的阻值，从而导致针尖 和样品间产生隧道电流之前，二者就发生碰撞.
扫描隧道显微镜示意图
根据扫描过程中针尖与样品间相对运动的不同
STM的工作原理可分为：1）恒电流模式 2）恒高度模式
恒电流模式
当针尖在样品表面扫描时，由于样品表面高低起伏，势必 引起隧道电流变化。利用电子反馈电路控制隧道电流的恒定， 并用压电陶瓷材料控制针尖在样品表面的扫描，则探针在垂直 于样品方向上高低的变化就反映出样品表面的起伏。记录下针 尖的运动和隧道电流的变化并在荧光屏上显示出来，就得到了 可以反映样品表面结构的高分辨图象。另一方面，利用STM 针尖与分子或原子的相互作用，我们还可以对原子和分子进行 操纵或加工。
针尖制备：
STM探针的最尖端是非常尖锐的，通常只有一两个原子。 因为只有原子级锐度的针尖才能得到原子级分辨率的图象，正 好比只有刻度精确的尺子才能测量得到精确的尺度一样。
通过电化学方法制作的铂铱针尖的SEM像
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
减震系统
由于仪器工作时针尖与样品的间距一般 小于1nm，同时隧道电流与隧道间隙成指 数关系，因此任何微小的震动都会对仪器 的稳定性产生影响。必须隔绝的两种类型 的扰动是震动和冲击，其中震动隔绝是最 主要的。隔绝震动主要从考虑外界震动的 频率与仪器的固有频率入手。
目前制备针尖的方法主要有电化学腐蚀法、机械 成型法等。制备针尖的材料主要有金属钨丝、铂-铱 合金丝等。钨针尖的制备常用电化学腐蚀法。
而铂-铱合金针尖则多用机械成型法，一般直接 用剪刀剪切而成。不论哪一种针尖，其表面往往覆 盖着一层氧化层，或吸附一定的杂质，这经常是造 成隧道电流不稳、噪音大和扫描隧道显微镜图象的 不可预期性的原因。因此，每次实验前，都要对针 尖进行处理，一般用化学法清洗，去除表面的氧化 层及杂质，保证针尖具有良好的导电性。
在量子力学中，隧道效应是粒子波动性的直接结果。当一 个粒子进入到一个势垒中，势垒的势能比粒子的动能大时， 根据量子力学原理，粒子穿过壁垒而出现在势垒的另一边的 几率不为零，而经典力学给出的几率则为零。
经典理论和量子理论的差别
粒子穿透厚度为Z的势垒区的几率P:
P e2kz
k 2m(0 E) / h2
扫描隧道显微镜的底座常常采用金属板（或大 理石）和橡胶垫叠加的方式，其作用主要是用来 降低大幅度冲击震动所产生的影响，其固有阻尼 一般是临界阻尼的十分之几甚至是百分之几。
除此之外，仪器中经常对探测部分采用弹簧 悬吊的方式。金属弹簧的弹性常数小，共振频率 较小(约为0.5Hz)，但其阻尼小，常常要附加其它 减震措施。
电子学控制系统
扫描隧道显微镜(STM)的照片
SPI3800N Probe Station & SPA-400 SPM Unit 多功能扫描探针显微镜 主要用途： 可在大气、液体及电化学条件下对样品微区（微米至纳米量 级）进行形貌及其物理特性的观测分析。 多功能测量：能实现高分辨的形貌测量，除用于测量各种物质的表面形 貌外，能测量多种材料如无机物非金属材料、金属材料、高分子材料、 复合材料和生物材料的多种物性，包括磁力、摩擦力、粘弹性、表面电 位势、静电力、压电响应、电流像、电流隧道谱、电容等等。
高真 低温 空 室温 小
1μm
高温
横向分辨率：6～10 nm 超高 低温
AES
纵向分辨率：0.5 nm
真空 室温 大
2～3原子 层
其它测试方法的局限性：
1） 电子显微镜的发明开创了物质微观结构研究的新纪元，扫 描电子显微镜（SEM）的分辨率为10-9m，而高分辨透射电子 显微镜（HTEM）和扫描透射电子显微镜（STEM）可以达到 原子级的分辨率——0.1 nm，但主要用于薄层样品的体相和界 面研究，且要求特殊的样品制备技术和真空条件．
2） 场离子显微镜（FIM）是一种能直接观察表面原子的研究 装置，但只能探测半径小于 100 nm的针尖上的原子结构和二 维几何性质，且样品制备复杂，可用来作为样品的材料也十分 有限.
3）X射线衍射和低能电子衍射等原子级分辨仪器，不能给出样 品实空间的信息，且只限于对晶体或周期结构的样品进行研 究．
14.4 扫描隧道显微镜的结构
STM仪器的结构
1) 振动隔绝系统 2) 机械设计 3) 电子学线路 4) 针尖制备 5) 计算机控制系统
STM仪器的关键部件
1) 压电陶瓷 2) 针尖制备
压电陶瓷
如此微小的扫描移动，如此精确的距离控制，STM是怎 样实现的呢？
通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。
3) 1982年，IBM苏黎世实验室的宾尼（Binnig）博士和罗雷尔 （Rohrer）博士成功地研制出了一种新型的表面分析仪器─ 扫描隧道显微镜（简称STM）。分辨率达到原子级别。
4) 1983年他们又第一次利用STM在硅单晶表面观察到周期性 排列的硅原子阵列。
The Nobel Prize in Physics 1986
STM的技术优势
1)具有原子级高分辨率，STM 在平行于样品表面方向上的分 辨率分别可达 0.1 nm 和 0.01 nm，即可以分辨出单个原子．
这是中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨表面通过搬 迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。 如果把这幅图放大到一张一米见方的中国地图大小的尺寸，就相当于把 该幅地图放大到中国辽阔的领土的面积。
15 扫描隧道显微镜
STM (Scanning tunneling Microscopy)
15.1 引言
自有人类文明以来，人们就一直为探索微观世界的奥秘
而不懈的努力:
1) 1674年 荷兰人列文虎克发明了世界上第一台光学显微镜， 分辨率大约10-6米至10-7米的水平。
2) 1931年德国科学家恩斯特.鲁斯卡利用电子透镜可以使电子 束聚焦的原理和技术，成功地发明了电子显微镜。分辨率达 到了10-8米。
STM移动原子形成“IBM”的过程
6) 在技术本身，STM具有的设备相对简单、体 积小、价格便宜、对安装环境要求较低、对 样品无特殊要求、制样容易、检测快捷、操 作简便等特点，同时STM的日常维护和运行 费用也十分低廉.
STM 的局限之处：
1） 在STM恒电流工作模式下，有时它对样品表面微粒之间 的某些沟槽不能准确探测。
液体中观察原子图象 下图所示的是在电解液中得到的硫酸根离子吸附在铜单晶(111)表面的
2) 可实时得到实空间中样品表面的三维图像，可用 于具有周期性或不具备周期性的表面结构的研究，这 种可实时观察的性能可用于表面扩散等动态过程的研 究．
3) 可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是对 体相或整个表面的平均性质，因而可直接观察到表面 缺陷。表面重构、表面吸附体的形态和位置，以及由 吸附体引起的表面重构等．
式中，I表示隧道电流，Ф表示有效局部功函数，d表示样品 与针尖间的距离，m为电子质量，h为普朗克常数。 在典型条件下，Ф近似为4eV，k=10 nm-1 如果d减小0.1 nm，隧道电流I将增加一个数量级
隧穿电流和金属间距成指数关系,由此在距离比较 远的时候,几乎不存在隧穿电流,而距离靠近时,电流 增长极快 ，隧道电流强度对针尖与样品表面之间距 非常敏感。
我们把三个分别代表X，Y，Z方向的压电陶瓷块组成三 角架的形状。通过控制X，Y方向伸缩达到驱动探针在样品 表面扫描的目的；通过控制 Z 方向压电陶瓷的伸缩达到控 制探针与样品之间距离的目的。
常用的压电材料是钛酸锆酸铅[Pb(Ti,Zr)O3](简称PZT)， 它是一种多晶陶瓷材料。由于掺杂含量的改变，将得到不同 性质的PZT材料。可以使1mV~1000V的电压信号转换成十 几分之一纳米到几微米的位移。
隧道探针一般采用直径小于1mm的细金属丝， 如钨丝、铂-铱丝等，被观测样品应具有一定的导电 性才可以产生隧道电流。
15.3 扫描隧道显微镜的工作原理
隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数 依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个 数量级。因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到 样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对x-y 方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌 图，这就是扫描隧道显微镜的工作原理。
其中，φ0为矩形势垒的高度，E为粒子动能。
a)一个高度为φ0的矩形势垒 b)一个典型的矩形势垒穿透几率密度函数P(Z)
STM工作时，在样品和针尖加一定电压，当样品与 针尖间的距离小于一定值时，由于量子隧道效应，样品 和针尖间产生隧道电流。
在低温低压下，隧道电流I可近似表达为：
I e2kd k 2m / h2
Heinrich Rohrer 1/4 of the prize Switzerland IBM Zurich Research Laboratory Rüschlikon, Switzerland b. 1933
常用分析测试仪器的主要特点及分辨率
分析 技术
分辨本领
工作 工作 对样品 探测深度 环境 温度 的破坏
恒电流模式是目前STM仪器设计时常用的工作模式，适合 于观察表面起伏较大的样品。
恒高度模式
若控制针尖在样品表面某一水平上扫描，则随着 样品表面高低起伏，隧道电流不断变化，通过记录 隧道电流的变化，可得到样品表面的形貌图。
恒高度模式适合于观察表面起伏较小的样品，一 般不能用于观察表面起伏大于1nm的样品，但是， 恒高度模式下，STM可进行快速扫描，而且能够有 效减少噪音和热漂移对隧道电流信号的干扰，从而 获得更高分辨率的图像。
STM图象。图中硫酸根离子吸附状态的一级和二级结构清晰可见。
6)利用STM针尖，可实现对原子和分子的移动和操纵，这为 纳米科技的全面发展奠定了基础．
1990年，IBM公司的科学家展示了一项令世人瞠目结舌的 成果，他们在金属镍表面用35个惰性气体氙原子组成 “IBM”三个英文字母。
利用STM实现单原子或单分子的操纵
"for their design of the scanning tunneling microscope"
Gerd Binnig
1/4 of the prize Federal Republic of Germany
IBM Zurich Research Laboratory Rüschlikon, Switzerland b. 1947
STM恒电流工作模式观察超细金属微粒(Pt/C样品) 2） STM所观察的样品必须具有一定程度的导电性，对半 导体，观察的效果就差于导体，对绝缘体则根本无法观察。
15.2 扫描隧道显微镜的原理
STM的基本原理是利用量子理论中的隧道效应。
将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极， 当样品与针尖的距离非常接近时(通常小于1 nm)，在外加电 场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一个电 极，这种现象称为隧道效应。
硅111面7 7原子重构象 为了得到表面清洁的硅片单质材料，要对硅片进行高温
加热和退火处理，在加热和退火处理的过程中硅表面的原子 进行重新组合，结构发生较大变化，这就是所谓的重构。
4)配合扫描隧道谱（STS）可以得到有关表面电子结构 的信息，例如表面不同层次的态密度。表面电子阱、 电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等．
可直接观察原子
大气 低温
STM
横向分辨率：0.1 nm 纵向分辨率：0.01 nm
溶液 室温 无 真空 高温
1～2原子 层
横向点分辨率：0.3～0.5 高真 低温
TEM
nm
空 室温 中 等于样品厚
横向晶格分辨率：0.1～0.2
高温
度
nm
(<100nm)
纵向分辨率：无
SEM
横向分辨率：1～3 nm 纵向分辨率：低
隧道针尖
隧道针尖的结构是扫描隧道显微技术要解决的主要问 题之一。针尖的大小、形状和化学同一性不仅影响着扫描 隧道显微镜图象的分辨率和图象的形状，而且也影响着测 定的电子态。
针尖的宏观结构应使得针尖具有高的弯曲共振频率， 从而可以减少相位滞后，提高采集速度。如果针尖的尖端 只有一个稳定的原子而不是有多重针尖，那么隧道电流就 会很稳定，而且能够获得原子级分辨的图象。针尖的化学 纯度高，就不会涉及系列势垒。例如，针尖表面若有氧化 层，则其电阻可能会高于隧道间隙的阻值，从而导致针尖 和样品间产生隧道电流之前，二者就发生碰撞.
扫描隧道显微镜示意图
根据扫描过程中针尖与样品间相对运动的不同
STM的工作原理可分为：1）恒电流模式 2）恒高度模式
恒电流模式
当针尖在样品表面扫描时，由于样品表面高低起伏，势必 引起隧道电流变化。利用电子反馈电路控制隧道电流的恒定， 并用压电陶瓷材料控制针尖在样品表面的扫描，则探针在垂直 于样品方向上高低的变化就反映出样品表面的起伏。记录下针 尖的运动和隧道电流的变化并在荧光屏上显示出来，就得到了 可以反映样品表面结构的高分辨图象。另一方面，利用STM 针尖与分子或原子的相互作用，我们还可以对原子和分子进行 操纵或加工。
针尖制备：
STM探针的最尖端是非常尖锐的，通常只有一两个原子。 因为只有原子级锐度的针尖才能得到原子级分辨率的图象，正 好比只有刻度精确的尺子才能测量得到精确的尺度一样。
通过电化学方法制作的铂铱针尖的SEM像
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
减震系统
由于仪器工作时针尖与样品的间距一般 小于1nm，同时隧道电流与隧道间隙成指 数关系，因此任何微小的震动都会对仪器 的稳定性产生影响。必须隔绝的两种类型 的扰动是震动和冲击，其中震动隔绝是最 主要的。隔绝震动主要从考虑外界震动的 频率与仪器的固有频率入手。
目前制备针尖的方法主要有电化学腐蚀法、机械 成型法等。制备针尖的材料主要有金属钨丝、铂-铱 合金丝等。钨针尖的制备常用电化学腐蚀法。
而铂-铱合金针尖则多用机械成型法，一般直接 用剪刀剪切而成。不论哪一种针尖，其表面往往覆 盖着一层氧化层，或吸附一定的杂质，这经常是造 成隧道电流不稳、噪音大和扫描隧道显微镜图象的 不可预期性的原因。因此，每次实验前，都要对针 尖进行处理，一般用化学法清洗，去除表面的氧化 层及杂质，保证针尖具有良好的导电性。
在量子力学中，隧道效应是粒子波动性的直接结果。当一 个粒子进入到一个势垒中，势垒的势能比粒子的动能大时， 根据量子力学原理，粒子穿过壁垒而出现在势垒的另一边的 几率不为零，而经典力学给出的几率则为零。
经典理论和量子理论的差别
粒子穿透厚度为Z的势垒区的几率P:
P e2kz
k 2m(0 E) / h2
扫描隧道显微镜的底座常常采用金属板（或大 理石）和橡胶垫叠加的方式，其作用主要是用来 降低大幅度冲击震动所产生的影响，其固有阻尼 一般是临界阻尼的十分之几甚至是百分之几。
除此之外，仪器中经常对探测部分采用弹簧 悬吊的方式。金属弹簧的弹性常数小，共振频率 较小(约为0.5Hz)，但其阻尼小，常常要附加其它 减震措施。
电子学控制系统
扫描隧道显微镜(STM)的照片
SPI3800N Probe Station & SPA-400 SPM Unit 多功能扫描探针显微镜 主要用途： 可在大气、液体及电化学条件下对样品微区（微米至纳米量 级）进行形貌及其物理特性的观测分析。 多功能测量：能实现高分辨的形貌测量，除用于测量各种物质的表面形 貌外，能测量多种材料如无机物非金属材料、金属材料、高分子材料、 复合材料和生物材料的多种物性，包括磁力、摩擦力、粘弹性、表面电 位势、静电力、压电响应、电流像、电流隧道谱、电容等等。
高真 低温 空 室温 小
1μm
高温
横向分辨率：6～10 nm 超高 低温
AES
纵向分辨率：0.5 nm
真空 室温 大
2～3原子 层
其它测试方法的局限性：
1） 电子显微镜的发明开创了物质微观结构研究的新纪元，扫 描电子显微镜（SEM）的分辨率为10-9m，而高分辨透射电子 显微镜（HTEM）和扫描透射电子显微镜（STEM）可以达到 原子级的分辨率——0.1 nm，但主要用于薄层样品的体相和界 面研究，且要求特殊的样品制备技术和真空条件．
2） 场离子显微镜（FIM）是一种能直接观察表面原子的研究 装置，但只能探测半径小于 100 nm的针尖上的原子结构和二 维几何性质，且样品制备复杂，可用来作为样品的材料也十分 有限.
3）X射线衍射和低能电子衍射等原子级分辨仪器，不能给出样 品实空间的信息，且只限于对晶体或周期结构的样品进行研 究．
14.4 扫描隧道显微镜的结构
STM仪器的结构
1) 振动隔绝系统 2) 机械设计 3) 电子学线路 4) 针尖制备 5) 计算机控制系统
STM仪器的关键部件
1) 压电陶瓷 2) 针尖制备
压电陶瓷
如此微小的扫描移动，如此精确的距离控制，STM是怎 样实现的呢？
通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。
3) 1982年，IBM苏黎世实验室的宾尼（Binnig）博士和罗雷尔 （Rohrer）博士成功地研制出了一种新型的表面分析仪器─ 扫描隧道显微镜（简称STM）。分辨率达到原子级别。
4) 1983年他们又第一次利用STM在硅单晶表面观察到周期性 排列的硅原子阵列。
The Nobel Prize in Physics 1986
STM的技术优势
1)具有原子级高分辨率，STM 在平行于样品表面方向上的分 辨率分别可达 0.1 nm 和 0.01 nm，即可以分辨出单个原子．
这是中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨表面通过搬 迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。 如果把这幅图放大到一张一米见方的中国地图大小的尺寸，就相当于把 该幅地图放大到中国辽阔的领土的面积。
15 扫描隧道显微镜
STM (Scanning tunneling Microscopy)
15.1 引言
自有人类文明以来，人们就一直为探索微观世界的奥秘
而不懈的努力:
1) 1674年 荷兰人列文虎克发明了世界上第一台光学显微镜， 分辨率大约10-6米至10-7米的水平。
2) 1931年德国科学家恩斯特.鲁斯卡利用电子透镜可以使电子 束聚焦的原理和技术，成功地发明了电子显微镜。分辨率达 到了10-8米。
STM移动原子形成“IBM”的过程
6) 在技术本身，STM具有的设备相对简单、体 积小、价格便宜、对安装环境要求较低、对 样品无特殊要求、制样容易、检测快捷、操 作简便等特点，同时STM的日常维护和运行 费用也十分低廉.
STM 的局限之处：
1） 在STM恒电流工作模式下，有时它对样品表面微粒之间 的某些沟槽不能准确探测。