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納米研究推動新型顯微鏡技術發展




來源:責任編輯:顧怡婷
時間:2011-5-27 9:53:50

推動探針顯微鏡發展的納米技術
光學顯微鏡,解析度受到波長影響,因為可見光范圍350-700 nm,人的眼睛可以看到的極限大概是毫米(mm),到了微米尺寸 譬如細胞就必須借助顯微鏡。但是光學顯微鏡對納米世界就顯
得無能為力
所以納米技術推動新的顯微鏡技術開始蓬勃發展,

像最近發展迅速發展的電子顯微鏡技術(Electron microscope),利用電子來代替光線觀察物品。還有一種是機械式顯微鏡,利用探針在物品表面掃描移動,探針和物體表面的交互作用變化來「描述」物體表面,稱為掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscope)。
常見的掃描探針顯微鏡有:原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)和掃描穿隧顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope, STM)。


    什么事原子力顯微鏡:由Binnig等人於1986年所發明的原子力顯微鏡,其以原子力場作回饋,主要原理系藉由針尖與待測物體表面的原子作用力,使懸臂梁產生微細位移,以測得待測物體表面結構,對導體及絕緣體均有三維空間原子級解像能力,可應用於多種材料表面檢測,并能在真空、氣體或液體環境中操作。
當原子與原子很接近時,彼此電子云斥力的作用大於原子核與電子云之間的吸引力作用,利用此原子斥力的變化而產生表面結構為接觸式原子力顯微鏡(contact AFM),探針與試片的距離約數個  ;反之若兩原子分開有一定距離時,其電子云斥力的作用小於彼此原子核與電子云之間的吸引力作用,利用此原子引力的變化而產生表面結構為非接觸式原子力顯微鏡(non-contact AFM),探針與試片的距離約數十到數百 ;亦可將兩者改良為間歇接觸式(或稱為輕敲式( intermittent contact or tapping)原子力顯微鏡(tapping AFM))。IBM科學家利用原子力顯微鏡(AFM)取得單個分子的3D影像。這項技術能像X光機穿透肌肉拍攝骨骼影像般,看透電子云并觀察到分子的「原子骨干」,并讓科學家建構出直徑只有1.4 nm的有機分子五苯(pentacene)的「力圖」(force map)。AFM技術讓我們「看」到了原子。


     什么是掃描穿隧顯微鏡,它是一種利用量子力學的穿隧效應探測物質表面結構的顯微鏡,藉由一支鎢金屬探針,探針針尖和物質表面通電形成穿隧電流,由於穿隧電流大小嚴重受物質表面高低影響,如果要保持穿隧電流的穩定,針尖必須緊貼著物質表面隨其高低起伏,依此得到物體表面的「地形圖」;或是保持針尖的位置,紀錄穿隧電流的變化,都可以得到物體表面的影像。

 

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