世界上第一臺原子力顯微鏡是誰發(fā)明的?

原子力顯微鏡（atomic force microscope，簡稱AFM），也稱掃描力顯微鏡（scanning force microscopy，SFM)）是一種納米級高分辨的掃描探針顯微鏡，是由IBM蘇黎士研究實驗室的比寧（Gerd Binning）、魁特（Calvin Quate）和格勃（Christoph Gerber）于1986年發(fā)明的。AFM測量的是探針頂端原子與樣品原子間的相互作用力——即當(dāng)兩個原子離得很近使電子云發(fā)生重疊時產(chǎn)生的泡利（Pauli）排斥力。工作時計算機控制探針在樣品表面進行掃描，根據(jù)探針與樣品表面物質(zhì)的原子間的作用力強弱成像。

經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為,物體越過勢壘,有一閾值能量；粒子能量小于此能量則不能越過，大于此能量則可以越過。例如騎自行車過小破，先用力騎，如果破很低，不蹬自行車也能靠慣性過去。如果破很高，不蹬自行車，車道一半也就停住，然后退回去。

 

量子力學(xué)則認(rèn)為，即使粒子能量小于閾值能量，很多粒子沖向勢壘，一部分粒子反彈，還會有一些粒子能過去，好像有一個隧道，故名隧道效應(yīng)（quantum tunneling），可見，宏觀上的確定性在微觀上往往就是具有不確定性。雖然在通常的情況下，隧道效應(yīng)并不影響經(jīng)典的宏觀效應(yīng)，因為隧穿幾率極小，但在某些特定的條件下宏觀的隧道效應(yīng)也會出現(xiàn)。

 

掃描隧道顯微鏡 （STM, Scanning Tunneling Microscope）就是運用了"隧道效應(yīng)"這一原理,如下圖

 

探針與樣品之間的縫隙就相當(dāng)于一個勢壘,電子的隧道效應(yīng)使其可以穿過這個縫隙,形成電流,并且電流會探針與樣品之間的距離十分敏感,因此通過電流強度就可以知道到探針與樣品之間的距離.

 

STM的原理是通過電子的"隧道效應(yīng)",所以只能測導(dǎo)體和部分半導(dǎo)體，而1985年，IBM公司的Binning和斯坦福大學(xué)的Quate研發(fā)出了原子力顯微鏡（AFM），彌補了STM的不足，這即是原子力顯微鏡的誕生背景。

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