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“江湖高手”带你“穿墙”去看纳米世界的风景

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2018-11-08 18:08  来源:化学之美  
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  金庸先生不在

  江湖侠情尚存

  今天带各位看官认识一位“江湖高手”

  它能“穿墙”不说还能看到纳米世界的风景

  它就是扫描隧道显微镜

  什么是扫描隧道显微镜?顾名思义首先它是一种显微镜

  然后是“扫描隧道”bulabula“扫描隧道”是什么意思呢?这就要从这位“高手”的“武功秘籍”说起所谓“武功秘籍”就是扫描隧道显微镜成像的原理——隧穿原理

什么是隧穿原理呢?举个例子你的面前有一堵墙当你想要去看看墙那一边的风景通常怎么办呢?翻过去!
那么你所需要具备的能量必须要大于墙最高点处的重力势能这样才能保证你不会中途摔下来
这就是经典力学告诉我们的原理但是按照量子力学(这个我们暂且不用管它是什么意思啦~)就算你没有翻过墙所需的能量你却有练成“穿墙术”的概率哦只不过这个概率在一般情况下非常低而已

  那么在什么情况下能够提高修炼成“穿墙术”的概率呢?

那就需要你变得非常非常小墙非常非常薄当你变得和电子一样小墙变得只有不到1/1,000,000,000米厚的时候(1/1,000,000,000米=1纳米)你就有机会练就“穿墙术”的“神功”了
值得注意的是“穿墙”的概率和墙的厚度有非常敏感的关系墙的厚度每增加0.1纳米“穿墙术”练成的可能性就会降低约10倍

  “神功”有啥用?

那么,回到现实中当我们在两个金属中间隔上一层不到1纳米厚的绝缘体时金属中的电子就可以通过“穿墙”的方式穿过绝缘体
还有一个对科学家来说很大的好消息那就是隧穿只会发生在那些距离最近的金属之间所以如果我们把其中一侧的金属做的非常非常不平整不平整到只有一个确定位置的某一个或几个原子能“穿墙”到另一侧的金属上那么我们就可以通过量子力学的计算(这个咱在这里也不用知道啦~)确定这几个原子到另外一侧金属的距离
轮廓代表金属表面

  “江湖高手”展“神功”

  今天的主角“江湖高手”——扫描隧道显微镜就是利用这样的原理来工作的

  首先利用一个非常非常尖锐的探针尖到什么程度呢?最尖端只有一个或者几个原子!

  然后让探针距离材料表面非常非常近但是并不接触由于中间存在一个绝缘的真空层它们之间可以发生隧穿而不导通

由于隧穿的概率和表面距离有着非常敏感的关系所以当我们检测出了隧穿电流就等于知道了探针尖端和材料表面之间的距离

  如果我们保持这个距离不变探针在扫描过程中就必须要随着表面的起伏而起伏那么我们就可以根据探针在每个位置上的高度描绘出扫描区域内的形貌从而实现成像!!!

  带你去看纳米世界的风景

  由于扫描隧道显微镜的探针尖端非常尖锐只有一两个原子所以当材料表面有一个原子尺度的起伏时探针就可以区分并记录下来这就使扫描隧道显微镜具有原子尺度的分辨率使纳米世界的风景立体地展现在我们面前

  相信随着新技术的不断开发扫描隧道显微镜的应用前景将会更加广阔


(责任编辑:东北科技)
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