原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡的區別

原子力顯微鏡 (AFM) 和掃描隧道顯微鏡 (STM) 是兩種非常有效的技術，用於在原子和分子水平上檢查材料。AFM 利用探針與樣品表面之間的相互作用力。STM 是一種顯微鏡，它使用導電探針掃描樣品的表面。

雖然 AFM 和 STM 有一些共同點，但它們也存在一些實質性的差異。閱讀本文以瞭解更多關於 AFM 和 STM 的資訊，以及它們之間是如何不同的。

什麼是 AFM？

AFM 利用探針與樣品表面之間的相互作用力。懸臂樑的尖銳探針靠近樣品表面，在那裡它與表面力相互作用，例如範德華力、靜電力和磁力。利用反射在懸臂樑後部並投射到位置敏感光電探測器上的雷射束來測量由這些力引起的懸臂樑的偏轉。

AFM 可以生成樣品表面具有亞奈米解析度的三維影像。透過在表面上以光柵圖案掃描探針並測量每個位置的懸臂樑的偏轉來繪製樣品表面的形貌。收集到的資料用於生成樣品表面的高度圖，揭示其形狀、粗糙度和表面特徵的資訊。

除了形貌資訊外，AFM 還可以提供有關樣品表面的其他型別的資訊。透過使用功能化的探針，AFM 可用於繪製化學特性（例如表面上某些官能團的存在）。它還可以測量樣品表面的機械效能，例如彈性、粘附性和摩擦力。

STM 是一種顯微鏡，它使用導電探針掃描樣品的表面。由於量子隧穿現象，當探針非常靠近樣品表面時，可以在探針和表面之間流動微弱的電流。透過測量此電流，可以確定樣品表面的形貌和其他特徵。

STM 基於量子力學隧穿效應，該效應指出電子即使沒有足夠的能量克服勢壘，也可以穿過勢壘。STM 探針非常靠近樣品表面，並且在探針和表面之間產生一個小偏壓。這在探針和表面之間形成了一個勢壘，如果探針和表面之間的距離足夠小，電子可以透過該勢壘隧穿。

一個靈敏的放大器測量由於隧穿效應而透過探針和表面之間的電流。STM 可以生成樣品表面具有原子解析度的三維影像。透過在表面上以光柵圖案掃描探針並在每個位置測量隧穿電流來繪製樣品表面的形貌。收集到的資料用於生成樣品表面的高度圖，揭示其形狀、粗糙度和表面特徵的資訊。

除了形貌資訊外，STM 還可以提供有關樣品表面電學效能的資訊。透過測量作為施加電壓函式的隧穿電流，可以估計樣品表面的區域性態密度 (LDOS)。這可以提供有關樣品表面電子結構和性質的資訊，例如費米能級周圍電子態的存在。

STM 是一種強大的工具，用於研究原子和分子水平上材料的物理和電學性質。它能夠提供原子解析度並量化樣品表面的區域性態密度，使其成為許多研究領域的有效工具。

下表重點介紹了 AFM 和 STM 之間的主要區別：

總之，AFM 可以提供有關樣品物理和機械效能的資料，例如高度、粗糙度和彈性。STM 可以提供有關樣品電子效能的資料，例如電導率和電子結構。

在 AFM 和 STM 之間做出選擇將取決於樣品的特性和所需的資訊型別。

Md. Sajid

更新於： 2023年4月14日

4K+ 次瀏覽

透過完成課程獲得認證