扫描隧道显微镜（STM）

扫描隧道显微镜（STM）

STM基于这样的事实：在约1纳米的距离内，两个电导体在电压偏置下会产生量子隧穿电流，这种电流对分离距离非常敏感。下图说明了金属探针与半导体样品组合的情况。如果探针尖端（通常是通过电化学腐蚀制备的钨针）足够尖锐，隧穿电流将集中在尖端下方的非常狭窄的区域（< 0.1纳米）。

用这样尖锐的探针扫描样品表面，并记录保持探针与样品距离（更准确地说是隧穿电流）恒定的压电驱动器施加的电压信号，我们可以获得样品表面的二维图像，结果图中显示 。

STM图像通常非常强烈地反映了表面电子的局部态密度（LDOS），隧穿电流也依赖于LDOS。这个事实提供了一种独特的方法，即扫描隧道谱（STS），用于评估样品的电子属性。上图说明了STS的原理，其基于以下事实：大部分外部偏置电压施加在真空隙上，电子隧穿从填充态到空态，保持能量守恒。隧穿电流It随偏置电压Vb变化，如图d所示，其对Vb的导数大致代表LDOS 。

原则上，只要电流局限在尖端下，STM实验可以在环境中进行，但在大多数情况下，为了获得可重复的结果，在超高真空中研究干净表面。优选地，表面应原子级平坦，具有原子高度的台阶；否则在粗糙表面，尖端形状与图像卷积，给出虚假的表面形态 。