【什么是扫描隧道显微镜】扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，简称STM）是一种用于观察物质表面原子级结构的高精度仪器。它由格尔德·宾宁（Gerd Binnig）和海因里希·罗雷尔（Heinrich Rohrer）于1981年在瑞士IBM实验室发明，并因此获得了1986年的诺贝尔物理学奖。STM能够实现对材料表面的原子尺度成像，是纳米科技发展的重要工具。
一、核心原理
STM基于量子力学中的“隧道效应”。当一个非常尖锐的金属探针靠近导电样品表面时，在极小的距离范围内（通常为纳米级别），电子会通过量子隧穿效应从样品流向探针，或反之。这种电流与探针和样品之间的距离密切相关，因此可以通过测量电流的变化来获取样品表面的形貌信息。
二、主要组成部分
| 组件 | 功能 |
| 探针 | 通常由铂-铱合金制成，尖端极其锋利，用于探测样品表面 |
| 样品台 | 固定待测样品，并可进行三维移动以调节位置 |
| 伺服系统 | 控制探针与样品之间的距离，保持恒定的隧道电流 |
| 信号采集系统 | 捕捉并放大隧道电流信号 |
| 计算机控制系统 | 处理数据并生成图像 |
三、应用领域
| 应用领域 | 简要说明 |
| 材料科学 | 观察半导体、金属、绝缘体等材料的表面结构 |
| 生物学 | 分析生物分子如DNA、蛋白质的结构 |
| 纳米技术 | 制造和检测纳米级器件与结构 |
| 表面化学 | 研究表面反应机制及吸附现象 |
四、优缺点
| 优点 | 缺点 |
| 可实现原子级分辨率 | 需要在真空或惰性气体环境中操作 |
| 能够实时观测表面变化 | 对样品导电性有较高要求 |
| 可用于操控单个原子 | 设备成本较高，操作复杂度大 |
五、总结
扫描隧道显微镜是一项革命性的技术，它突破了传统光学显微镜的分辨率限制，使人类首次能够“看到”原子级别的世界。其原理基于量子物理，应用广泛，不仅推动了基础科学研究的发展，也在实际工程和技术中发挥了重要作用。随着技术的进步，STM及其衍生设备（如原子力显微镜）将继续在探索微观世界中扮演关键角色。
