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關(guān)于原子力顯微鏡上的“隧道效應(yīng)”解析
點(diǎn)擊次數(shù):1652 更新時(shí)間:2023-11-15
原子力顯微鏡(AFM)是一種用于研究表面物理性質(zhì)的儀器,它通過(guò)測(cè)量探針與樣品表面的相互作用力來(lái)獲取樣品表面的形貌信息。隧道效應(yīng)是原子力顯微鏡中的一個(gè)重要概念,它是指在納米尺度下,電子可以通過(guò)量子力學(xué)隧道效應(yīng)從一個(gè)勢(shì)能壘跳躍到另一個(gè)勢(shì)能壘。
首先我們要了解什么是隧道效應(yīng)。隧道效應(yīng)是指粒子在經(jīng)典力學(xué)中無(wú)法穿越的勢(shì)能壘,在量子力學(xué)中卻可以以一定的概率穿越的現(xiàn)象。這是因?yàn)樵诹孔恿W(xué)中,粒子的位置和動(dòng)量不再是確定的值,而是具有一定的概率分布。當(dāng)粒子的能量低于勢(shì)能壘時(shí),按照經(jīng)典力學(xué)的觀點(diǎn),粒子是無(wú)法穿越勢(shì)能壘的。然而,在量子力學(xué)中,粒子的能量具有波粒二象性,其概率分布包含了粒子從勢(shì)能壘的一側(cè)穿越到另一側(cè)的可能性。這種現(xiàn)象就是隧道效應(yīng)。
在原子力顯微鏡中,隧道效應(yīng)主要體現(xiàn)在探針與樣品表面的相互作用過(guò)程中。當(dāng)探針靠近樣品表面時(shí),探針與樣品表面之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)會(huì)使探針尖的電子云發(fā)生畸變,從而影響探針與樣品表面之間的相互作用力。在這個(gè)過(guò)程中,隧道效應(yīng)起到了關(guān)鍵作用。
當(dāng)探針與樣品表面之間的距離非常接近時(shí),探針尖的電子云與樣品表面的電子云會(huì)發(fā)生重疊。在這種情況下,電子可以通過(guò)量子力學(xué)隧道效應(yīng)從一個(gè)電子云跳躍到另一個(gè)電子云。這種跳躍會(huì)導(dǎo)致探針與樣品表面之間的相互作用力發(fā)生變化,從而影響到設(shè)備對(duì)樣品表面的探測(cè)結(jié)果。
為了消除隧道效應(yīng)對(duì)原子力顯微鏡探測(cè)結(jié)果的影響,研究人員采用了多種方法。其中常用的方法是使用高電壓來(lái)減小探針與樣品表面之間的距離,從而降低隧道效應(yīng)的發(fā)生概率。此外,還可以通過(guò)改變探針的形狀和材料來(lái)調(diào)整探針與樣品表面之間的相互作用力,進(jìn)一步減小隧道效應(yīng)的影響。