在扫描隧道显微镜实验中开展研究性学习

显微镜

　第26卷第3期　2007年3月

实验室研究与探索

RESE

ARCHANDEXPLORATIONINLABORATORY

Vol.26No.3　

Mar.2007　

在扫描隧道显微镜实验中开展研究性学习

向　东,　王青玲,　柳金凤,　何开华

a

b

a

a

(中国地质大学a.数学与物理学院;b.地球物理与空间信息学院,湖北武汉430074)

摘　要:把新成果转化为物理实验,能源源不断地推出新的实验,对物理实验的兴趣。,介绍

了5步教学方法的具体做法及取得的教学效果。关键词:隧道电流;扫描隧道显微镜;5中图分类号:G642.423:A-(2007)03-0089-04

PracticeforDevelopingStudent’sResearchCapabilityinSTMExperiment

XIANGDong,　WANGQing2ling,　LIUJing2feng,　HEKai2hua

a

b

a

a

(a.Dept.ofMathematicsandPhysics;b.Inst.ofGeophysicsandGeomaticsInformation,ChinaUniv.ofGeosciences,Wuhan430074,China)

Abstract:Translatingnewscientificresearchproductsintophysicsexperimentcanpresentalotofnewexperimentsforourstudents,whichcaninspirestudents’interestingtophysicsexperiment.Thispaperintroducedateachingpracticefordevelopingstudents’researchcapabilityinSTMexperimentandanewteachingmethod—five2stepteachingmethodanditsteachingeffect.

Keywords:tunnelcurrent;STM;five2stepteachingmethod

CLCnumber:G642.423　　　　　Documentcode:A　　　　　ArticleID:1006-7167(2007)03-0089-04

1　引　言

自从1986年扫描隧道显微镜(STM)的发明者Binnig和Rohrer荣获诺贝尔物理奖以来,STM这一新型表面分析技术引起了越来越多的物理学、化学、生物学、材料科学、微电子科学等领域的工作者的关注和兴趣,其理论、实验技术和应用研究也得到了迅速的发展。扫描隧道显微镜的基本原理是基于量子力学的隧道效应,由量子力学可知,当势垒高度大于粒子能量时,由于粒子的波动性,粒子仍有可能穿透势垒,出现在另一边。如图1所示。　　在扫描隧道显微镜中,将原子线度的金属探针头和待测的导电样品表面作为两个电极,当两个电极之间的距离小于1nm时,在外加电场的作用下电子会穿

收稿日期:2006-03-16

作者简介:向　东(1978-),男,湖南邵阳人,讲师,硕士,研究方向:光电器件及光电信号处理。Email:xiangdongde@126.com

透势垒流向另一极,形成显著的隧道电流I:

I∝Vbexp(-AS)

2

(1)(Φ12

　　式中Vb是加在两极上的偏压,A为常数,在真空条件下约等于1,Φ为两极的平均功函数,Ф=

+Φ2),其中Φ1,Φ2分别为各个电极的功函数,S为两

极间的距离。

图1　量子力学中的隧道效应

　　由式(1)可知,隧道电流强度对针尖和样品之间的距离非常敏感,如果距离S减小0.1nm,隧道电流I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