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纳米研究推动新型自准直仪技术发展
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推动探针自准直仪发展的纳米技术 光学自准直仪,解析度受到波长影响,因为可见光范围350-700 nm,人的眼睛可以看到的极限大概是毫米(mm),到了微米尺寸 譬如细胞就必须借助自准直仪。但是光学自准直仪对纳米世界就显 得无能为力 所以纳米技术推动新的自准直仪技术开始蓬勃发展, 像最近发展迅速发展的电子自准直仪技术(Electron microscope),利用电子来代替光线观察物品。还有一种是机械式自准直仪,利用探针在物品表面扫描移动,探针和物体表面的交互作用变化来「描述」物体表面,称为扫描探针自准直仪(Scanning Probe Microscope)。 常见的扫描探针自准直仪有:原子力自准直仪(Atomic Force Microscope, AFM)和扫描穿隧自准直仪(Scanning Tunneling Microscope, STM)。 什么事原子力自准直仪:由Binnig等人於1986年所发明的原子力自准直仪,其以原子力场作回馈,主要原理系藉由针尖与待测物体表面的原子作用力,使悬臂梁产生微细位移,以测得待测物体表面结构,对导体及绝缘体均有三维空间原子级解像能力,可应用於多种材料表面检测,并能在真空、气体或液体环境中操作。 当原子与原子很接近时,彼此电子云斥力的作用大於原子核与电子云之间的吸引力作用,利用此原子斥力的变化而产生表面结构为接触式原子力自准直仪(contact AFM),探针与试片的距离约数个 ;反之若两原子分开有一定距离时,其电子云斥力的作用小於彼此原子核与电子云之间的吸引力作用,利用此原子引力的变化而产生表面结构为非接触式原子力自准直仪(non-contact AFM),探针与试片的距离约数十到数百 ;亦可将两者改良为间歇接触式(或称为轻敲式( intermittent contact or tapping)原子力自准直仪(tapping AFM))。IBM科学家利用原子力自准直仪(AFM)取得单个分子的3D影像。这项技术能像X光机穿透肌肉拍摄骨骼影像般,看透电子云并观察到分子的「原子骨干」,并让科学家建构出直径只有1.4 nm的有机分子五苯(pentacene)的「力图」(force map)。AFM技术让我们「看」到了原子。 什么是扫描穿隧自准直仪,它是一种利用量子力学的穿隧效应探测物质表面结构的自准直仪,藉由一支钨金属探针,探针针尖和物质表面通电形成穿隧电流,由於穿隧电流大小严重受物质表面高低影响,如果要保持穿隧电流的稳定,针尖必须紧贴着物质表面随其高低起伏,依此得到物体表面的「地形图」;或是保持针尖的位置,纪录穿隧电流的变化,都可以得到物体表面的影像。


 
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