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世界上第一台原子力显微镜是谁发明的?

原子力显微镜(atomic force microscope,简称AFM),也称扫描力显微镜(scanning force microscopy,SFM))是一种纳米级高分辨的扫描探针显微镜,是由IBM苏黎士研究实验室的比宁(Gerd Binning)、魁特(Calvin Quate)和格勃(Christoph Gerber)于1986年发明的。AFM测量的是探针顶端原子与样品原子间的相互作用力——即当两个原子离得很近使电子云发生重叠时产生的泡利(Pauli)排斥力。工作时计算机控制探针在样品表面进行扫描,根据探针与样品表面物质的原子间的作用力强弱成像。

世界上第一台原子力显微镜及其发明人
世界上第一台原子力显微镜和发明人之一比宁
 
隧道效应
 
经典物理学认为,物体越过势垒,有一阈值能量;粒子能量小于此能量则不能越过,大于此能量则可以越过。例如骑自行车过小破,先用力骑,如果破很低,不蹬自行车也能靠惯性过去。如果破很高,不蹬自行车,车道一半也就停住,然后退回去。
 
量子力学则认为,即使粒子能量小于阈值能量,很多粒子冲向势垒,一部分粒子反弹,还会有一些粒子能过去,好像有一个隧道,故名隧道效应(quantum tunneling),可见,宏观上的确定性在微观上往往就是具有不确定性。虽然在通常的情况下,隧道效应并不影响经典的宏观效应,因为隧穿几率极小,但在某些特定的条件下宏观的隧道效应也会出现。
 
扫描隧道显微镜 (STM, Scanning Tunneling Microscope)就是运用了"隧道效应"这一原理,如下图
20171128152341.jpg
 
探针与样品之间的缝隙就相当于一个势垒,电子的隧道效应使其可以穿过这个缝隙,形成电流,并且电流会探针与样品之间的距离十分敏感,因此通过电流强度就可以知道到探针与样品之间的距离.
 
STM的原理是通过电子的"隧道效应",所以只能测导体和部分半导体,而1985年,IBM公司的Binning和斯坦福大学的Quate研发出了原子力显微镜(AFM),弥补了STM的不足,这即是原子力显微镜的诞生背景。
 

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