世界上第一臺(tái)原子力顯微鏡是誰(shuí)發(fā)明的?

原子力顯微鏡（atomic force microscope，簡(jiǎn)稱AFM），也稱掃描力顯微鏡（scanning force microscopy，SFM)）是一種納米級(jí)高分辨的掃描探針顯微鏡，是由IBM蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)室的比寧（Gerd Binning）、魁特（Calvin Quate）和格勃（Christoph Gerber）于1986年發(fā)明的。AFM測(cè)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(gè)原子離得很近使電子云發(fā)生重疊時(shí)產(chǎn)生的泡利（Pauli）排斥力。工作時(shí)計(jì)算機(jī)控制探針在樣品表面進(jìn)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(qiáng)弱成像。

經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為,物體越過(guò)勢(shì)壘,有一閾值能量；粒子能量小于此能量則不能越過(guò)，大于此能量則可以越過(guò)。例如騎自行車過(guò)小破，先用力騎，如果破很低，不蹬自行車也能靠慣性過(guò)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(shì)壘，一部分粒子反彈，還會(huì)有一些粒子能過(guò)去，好像有一個(gè)隧道，故名隧道效應(yīng)（quantum tunneling），可見(jiàn)，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?yàn)樗泶茁蕵O小，但在某些特定的條件下宏觀的隧道效應(yīng)也會(huì)出現(xiàn)。

 

掃描隧道顯微鏡 （STM, Scanning Tunneling Microscope）就是運(yùn)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(gè)勢(shì)壘,電子的隧道效應(yīng)使其可以穿過(guò)這個(gè)縫隙,形成電流,并且電流會(huì)探針與樣品之間的距離十分敏感,因此通過(guò)電流強(qiáng)度就可以知道到探針與樣品之間的距離.

 

STM的原理是通過(guò)電子的"隧道效應(yīng)",所以只能測(cè)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(bǔ)了STM的不足，這即是原子力顯微鏡的誕生背景。

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