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關(guān)于原子力顯微鏡上的“隧道效應(yīng)”解析
點(diǎn)擊次數(shù):1737 更新時間:2023-11-15
原子力顯微鏡(AFM)是一種用于研究表面物理性質(zhì)的儀器,它通過測量探針與樣品表面的相互作用力來獲取樣品表面的形貌信息。隧道效應(yīng)是原子力顯微鏡中的一個重要概念,它是指在納米尺度下,電子可以通過量子力學(xué)隧道效應(yīng)從一個勢能壘跳躍到另一個勢能壘。
首先我們要了解什么是隧道效應(yīng)。隧道效應(yīng)是指粒子在經(jīng)典力學(xué)中無法穿越的勢能壘,在量子力學(xué)中卻可以以一定的概率穿越的現(xiàn)象。這是因為在量子力學(xué)中,粒子的位置和動量不再是確定的值,而是具有一定的概率分布。當(dāng)粒子的能量低于勢能壘時,按照經(jīng)典力學(xué)的觀點(diǎn),粒子是無法穿越勢能壘的。然而,在量子力學(xué)中,粒子的能量具有波粒二象性,其概率分布包含了粒子從勢能壘的一側(cè)穿越到另一側(cè)的可能性。這種現(xiàn)象就是隧道效應(yīng)。
在原子力顯微鏡中,隧道效應(yīng)主要體現(xiàn)在探針與樣品表面的相互作用過程中。當(dāng)探針靠近樣品表面時,探針與樣品表面之間會產(chǎn)生一個電場。這個電場會使探針尖的電子云發(fā)生畸變,從而影響探針與樣品表面之間的相互作用力。在這個過程中,隧道效應(yīng)起到了關(guān)鍵作用。
當(dāng)探針與樣品表面之間的距離非常接近時,探針尖的電子云與樣品表面的電子云會發(fā)生重疊。在這種情況下,電子可以通過量子力學(xué)隧道效應(yīng)從一個電子云跳躍到另一個電子云。這種跳躍會導(dǎo)致探針與樣品表面之間的相互作用力發(fā)生變化,從而影響到設(shè)備對樣品表面的探測結(jié)果。
為了消除隧道效應(yīng)對原子力顯微鏡探測結(jié)果的影響,研究人員采用了多種方法。其中常用的方法是使用高電壓來減小探針與樣品表面之間的距離,從而降低隧道效應(yīng)的發(fā)生概率。此外,還可以通過改變探針的形狀和材料來調(diào)整探針與樣品表面之間的相互作用力,進(jìn)一步減小隧道效應(yīng)的影響。
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