[实用新型]一种用于教学的扫描隧道显微镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于教学的扫描隧道显微镜。

背景技术

1982年IBM瑞士苏黎士实验室的葛·宾尼(Gerd Binning)和海·罗雷尔(Heinrich Rohrer)研制出世界上第一台扫描隧道显微镜(Scanning TunnelingMicroscope，简称STM).STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科学界公认为八十年代世界十大科技成就之一，为表彰STM的发明者们对科学研究的杰出贡献，1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖。扫描隧道显微镜的工作原理是基于量子力学中的隧道效应。对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低于前方势垒的高度V₀时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不等于零，也就是说，粒子可以穿过比它能量更高的势垒这个现象称为隧道效应。

扫描遂道显微镜的发明，开拓了人类全新的研究领域，但其多使用在科学家的实验室中，不能普及到教学当中，使用受到局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于教学的扫描隧道显微镜，以克服扫描遂道显微镜不能应用在普通教学中的不足。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种用于教学的扫描隧道显微镜，包括探针头部系统、所述探针头部系统通过电子控制系统与计算机系统电连接；所述探针头部系统的内部设有信号检测装置、样品台、扫描器和粗调驱进装置，其中，所述信号检测装置与样品台之间设有探针，探针与信号检测装置固定连接；所述信号检测装置、样品台、扫描器和粗调驱进装置均与电子控制系统电连接。

本实用新型的有益效果为：用图文结合方式叙述量子隧道效应原理，结合框图形式给学生展现了微观世界微小的空间尺寸的变化是如何被探测的、探测到的信息又是如何被转为计算机可处理的电信号的、计算机是如何采集处理实验数据及如何得到原子形貌的完整过程，巧妙地揭示出了近代科学成果是如何与现代技术结合而产生当代科技成就的思想方法，最后用在本实用新型上得到的原子形貌图像，激发学生亲自探游微观世界的欲望。本实用新型作为科普教学实验设备，能让学生更多地了解前沿高科技领域的发展状况，提高学生将来投身于科技事业的兴趣。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述一种用于教学的扫描隧道显微镜的结构示意图。

图中：

1、探针头部系统；2、电子控制系统；3、计算机系统；4、信号检测装置；5、探针；6、样品台；7、扫描器；8、粗调驱进装置。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型实施例所述的一种用于教学的扫描隧道显微镜，包括探针头部系统1、所述探针头部系统1通过电子控制系统2与计算机系统3电连接。所述探针头部系统1的内部设有信号检测装置4、样品台6、扫描器7和粗调驱进装置8，其中，所述信号检测装置4与样品台6之间设有探针5，探针5与信号检测装置4之间固定连接；所述信号检测装置4、样品台6、扫描器7和粗调驱进装置8均与电子控制系统2电连接。所述电子学系统2包括实现扫描器7的各种预设功能及维持扫描状态的反馈控制系统，所述计算机系统3包括对计算机的人机交互的软件的操作、指令通过电子控制系统2控制探针头部系统1从而实现其功能、完成实时过程的处理、数据的获取以及数据的分析处理输出。按照计算机系统3上扫描操作软件的要求，输出不同电压控制扫描器7，从而带动样品台6移动扫描，针尖与样品间会产生隧道电流，经过信号检测装置4进入电子控制系统2，电子控制系统2将电流转化为图像并发送到计算机系统3。

本实用新型实施例所述的一种用于教学的扫描隧道显微镜，其基本原理是将原子线度的极细探针和被测物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近(通常小于1nm)时，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对x-y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图。

具体使用时，让学生掌握和了解量子力学中遂道效应的基本原理，观测和验证量子力学中的隧道效应，学习和了解扫描遂道显微镜的基本结构和基本实验方法，了解扫描遂道显微镜的样品制作、设备的操作和调试过程并观察样品的表面形貌，了解扫描遂显微镜的应用以及纳米科技的发展。本实用新型作为科普教学实验设备，能让学生更多地了解前沿高科技领域的发展状况，提高学生将来投身于科技事业的兴趣。