扫描探针显微技术集合ppt课件.ppt

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1、5-1 扫描探针显微镜的产生和历史5-2 扫描探针显微镜的原理5-3 扫描探针显微镜的特点与应用5-4 存在的问题及其展望5-5 总结参考文献,扫描探针显微镜的产生和历史,扫描探针显微镜产生的必然性 1 表面结构分析仪器的局限性,扫描探针显微镜的产生和历史,扫描探针显微镜的产生和历史,2 纳米科技突飞猛进的发展,扫描探针显微镜的产生和历史,扫描探针显微镜的产生,Gerd.Binnig,Heinrich Rohrer,扫描探针显微镜的产生和历史,扫描探针显微镜的产生和历史,扫描探针显微镜的发展历史 对于扫描探针显微术的最初研究可以追溯到上个世纪年代。 1928年英国科学家Synge提出了扫描探针

2、近场光学显微镜的概念。他提出制造一个玻璃的针尖，在这个针尖的末端有一个极小的照相机的光圈，然后用这个针尖对待测样品作一行行的扫描。他后来也提出了对样品进行压电式扫描的想法。但由于种种原因，他的工作没有受到注意。 直到1956年，OKeefe重新研究了相同的想法。这次，OKeefe研究了光在一个100埃的狭逢中的传播，指出了该技术有望达到100埃的分辨率。但不幸的是，他断言相关的技术还不成熟，实验方面的工作还不具有可行性，因此他放弃了进一步的研究。Baez之后用声波的方法一一核实了这些概念。 1972年，Ash和Nicholls两人使用3cm波长的微波辐射做成了世界上第一个近场高分辨率扫描显微镜

3、。他们达到了150微米的分辨率（波长的二百分之一）. 1981年IBM的Gerd.Binnig 和Heinrich Rohrer制成了世界上第一台扫描隧道显微镜，由此人类第一次获得了原子尺度上的图像。二人因此项工作获得了诺贝尔奖。自此SPM的发展日新月异。,扫描探针显微镜的原理,扫描探针显微镜的原理 当探针与样品表面间距小到纳米时，按照近代量子力学的观点，由于探针尖端的原子和样品表面的原子具有特殊的作用力，并且该作用力随着距离的变化非常显著。当探针在样品表面来回扫描的过程中，顺着样品表面的形状而上下移动。独特的反馈系统始终保持探针的力和高度恒定，一束激光从悬臂梁上反射到感知器，这样就能实时给出

4、高度的偏移值。样品表面就能记录下来，最终构建出三维的表面图。,扫描探针显微镜的原理,扫描探针显微镜(SPM)主要包括扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)两种功能。,扫描探针显微镜的原理,扫描隧道显微镜 工作原理是利用电子隧道现象，将样品本身作为一具电极，另一个电极是一根非常尖锐的探针。把探针移近样品，并在两者之间加上电压，当探针和样品表面相距只有数十埃时，由于隧道效应在探针与样品表面之间就会产生隧穿电流，并保持不变。若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也将使穿电流发生成千上万倍的变化。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。扫描隧道显微镜一般用

5、于导体和半导体表面的测定。,扫描探针显微镜的原理,原子力显微镜 主要包括接触模式、非接触模式和轻敲模式。一个对力非常敏感的微悬臂，其尖端有一个微小的探针，当探针轻微地接触、接近或轻敲样品表面时，由于探针尖端的原子与样品表面的原子之间产生极其微弱的相互作用力而使微悬臂弯曲，将微悬臂弯曲的形变信号转换成光电信号并进行放大，就可以得到原子之间力的微弱变化的信号。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。,扫描探针显微镜的特点与应用,扫描探针显微镜的特点与应用,扫描探针显微镜的特点 1. 分辨率高,HM：高分辨光学显微镜；PCM：相反差显微镜；(S)TEM：（扫描）透射电

6、子显微镜；FIM：场离子显微镜；REM：反射电子显微镜,扫描探针显微镜的特点与应用,2、可实时地得到实空间中表面的三维图像，可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构研究。 应用：可用于表面扩散等动态过程的研究。,扫描探针显微镜的特点与应用,SFM images of double-stranded DNA (dsDNA) adsorbed on a graphite surface modified with CH3(CH2)11NH2 molecules. Manipulation was performed by bringing the tip in contact with the s

7、urface and moving it in the desired direction, using homemade manipulation hardwire and softwire; (a)ds-plasmid DNA molecules as deposited; (b)after stretching two of them along the arrows (c) after manipulation of the same molecules into triangles; (d)seven-letter word written with a polydisperse s

8、ample of linear dsDNA; (e)magnified view of the square marked in (b); (f)magnified view of the square marked in (c) 11.,扫描探针显微镜的其他应用&通过显微镜探针可以操纵和移动单个原子或分子,扫描探针显微镜的特点与应用,双链DNA吸附在石墨表面用CH3(CH2)11NH2分子改性。操作过程是这样的，将探针与表面接触，然后使用自制的操纵硬件向一定方向移动。a.是双链质粒DNA分子的交存；b.其中2个顺着箭头方向拉伸之后；c.同样的分子进行操作后形成三角形；d.用线性双链DNA的分

9、散样品写的7个字母；e.放大b图中的方块部分；f.放大c图中方块的部分。,微米纳米结构表征，粗糙度，摩擦力，高度分布，自相关评估，软性材料的弹性和硬度测试高分辨定量结构分析以及掺杂浓度的分布等各种材料特性失效分析: 缺陷识别，电性测量（甚至可穿过钝化层）和键合电极的摩擦特性生物应用: 液体中完整活细胞成象，细胞膜孔隙率和结构表征，生物纤维测量，DNA成像和局部弹性测量硬盘检查: 表面检查和缺陷鉴定，磁畴成象，摩擦力和磨损方式，读写头表薄膜表征: 孔隙率分析，覆盖率，附着力，磨损特性，纳米颗粒和岛屿的分布,扫描探针显微镜的特点与应用,扫描探针显微镜的其他应用,存在的问题及其展望,存在的问题 由于

10、其工作原理是控制具有一定质量的探针进行扫描成像，因此扫描速度受到限制，检测效率较其他显微技术低； 由于压电效应在保证定位精度前提下运动范围很小（目前难以突破100m量级），而机械调节精度又无法与之衔接，故不能做到象电子显微镜的大范围连续变焦，定位和寻找特征结构比较困难； 目前扫描探针显微镜中最为广泛使用管状压电扫描器的垂直方向伸缩范围比平面扫描范围一般要小一个数量级，扫描时扫描器随样品表面起伏而伸缩，如果被测样品表面的起伏超出了扫描器的伸缩范围，则会导致系统无法正常甚至损坏探针。因此，扫描探针显微镜对样品表面的粗糙度有较高的要求； 由于系统是通过检测探针对样品进行扫描时的运动轨迹来推知其表面形

11、貌，因此，探针的几何宽度、曲率半径及各向异性都会引起成像的失真（采用探针重建可以部分克服）。,存在的问题及其展望,最新展望和应用 1） 作为电子束发射装置 由于STM的针尖和样品表面间存在隧道电流作用，因此可以利用它来作弹道电子注入。通过测量这个电流，Bell和Kaiser得以测量埋在样品表面下的肖特基势垒的深度1213。这项技术被称作弹道电子发射显微镜（BEEM）。自此以后，弹道电子发射谱被广泛的应用在其他方面的研究中12，包括对肖特基势垒的研究，对双层结构共振态的研究，CuPt型阵列的研究，量子点的研究上。,存在的问题及其展望,新近发展起来一种技术叫做BEMM（弹道电子磁场谱）14，是BE

12、EM的技术加上巨磁阻效应。它是和铁磁非铁磁铁磁薄膜半导体基底一起使用的。在恒流模式下，通过STM针尖，将电子注入到该结构上。电子在通过第一个铁磁薄膜时将被自旋极化。极化的电子然后进入铁磁金属半导体异质结，如果两个铁磁薄膜是平行磁性(P)的，则通过的效率最高，如果是反平行磁性的（AP），则通过的效率最低（巨磁阻效应16）。这就我们就可以通过隧穿电流大小的变化来研究薄膜磁性、弹道电子输运等过程15。,存在的问题及其展望,在自旋电子学方面的应用也是振奋人心的。自旋电子学是利用电子的自旋的方向（上或下）来表示传统信息学里的0和1。目前这们新兴学科所面临的重大难题是足够高的自旋注入效率。人们利用有磁性探

13、头的STM,将自旋极化的弹道电子注入金属半导体异质结，来研究注入效率与异质结结构的关系17。人们发现真空的隧道结能够有效地将自旋注入电子中，隧道结的边界还能保存自旋极化。在100K下，用一个100自旋极化的STM探头作为电子源将极化的电子注入p型GaAs的表面，并同时记录下了重组发光的极化程度，结果表明，高度自旋极化流(92)能够被注入GaAs18。,存在的问题及其展望,2） 在生物学方面的应用。 扫描探针显微术(SPM ) 现已广泛用于生物学研究, 形成了一门新的学科纳米生物学(Nanobiology)19。 SPM在生物方面的主要优点是1920：（1） 它极高的三维图像分辨率。（2） 它可

14、以在气体和液体环境下工作。这比生物学领域传统使用的电子显微镜要好得多。SPM的这项优点使得生物学的研究者可以在生物活体情况下研究生物学样品。,存在的问题及其展望,（3） SPM也不需要对生物体进行重金属着色，也不像电子显微镜一样将生物体暴露在高能电子束下而带来对有机体的极大损害。 （4） SPM不依赖于你得到的样品的数量、形式，不依赖于你是否得到晶体。举例来说，19X 射线衍射方法是目前研究藻胆蛋白及其他蛋白质晶体结构的有效手段, 且分辨率很高。但这一方法首先必须要求得到蛋白质的晶体, 所以, 种类繁多的藻胆蛋白到目前为止仅有为数很少的几种得到X 射线衍射结果。但用STM可以直接观察非晶体状态

15、下的藻胆蛋白的结构.,存在的问题及其展望,在生物学领域SPM最大的不足之处： SPM一般只能研究样本表面部分的性质，同时，它的扫描速度也非常低，通常每张图片要一分钟左右。一个普通的SPM设备的价位在常规光学显微镜和低端的电子显微镜之间。和扫描隧道显微镜相比，想操纵好一个电子显微镜，你需要拥有长时间的操作经验和方方面面的技巧。,总结,以上是对SPM的起源发展及其工作原理的介绍，同其他的表面分析仪器相比，如光学和电子显微镜等，SPM有着诸多优势，它有其他表面分析仪器所无法比拟的分析分辨率，其纳米量级上的表面形貌描述，能使人们对样品表面有了直观的映像。此外它不仅可以作为一种测量工具，还可以利用其合适

16、的探针对物质进行加工、改性。是人们认识微观世界改造微观世界的有利工具。,总结,目前对于SPM的研究主要在3个方面：1，对SPM 的针尖研究，针尖是SPM工作的关键，对于测量的分辨率起到至关重要的作用。研究新的针尖工艺，提高针尖的尖度和针尖使用寿命都是今后长期研究的一个目标；2,在SPM方面主要是对针尖偏置电压的研究。研究如何控制偏置电压达到一个合适的值，使得既有利于电子迁移，又不会因为电化学反应对针尖起到腐蚀作用；3,对于针尖和样品表面距离的研究，如何找到合适的距离，做到既没有降低分辨率又能很好地保护探针，延长其使用寿命。,参考文献,1 Baker, S. E.; Tse, K.-Y.; Hi

17、ndin, E.; Nichols, B. M.; Lasseter Clare, T.; Hamers, R. J.; Chem. Mater., 2005, 17:4971. 2 Liu, G.; Yan, X.; Lu, Z.; Curda, S. A.; Lal, J.; Chem. Mater., 2005,17:4985.3 Pang, S.; Kondo, T.; Kawai, T.; Chem. Mater., 2005, 17:3636.4 Fan, R.; Karnik, R.; Yue, M.; Li, D.; Majumdar, A.; Yang, P.; Nano L

18、ett., 2005, 5:1633. 5 Schmidt, V.; Senz, S.; Gosele, U.; Nano Lett., 2005, 5: 931. 6 Meba-Osteritz, E.; Meyer, A.; Langeveld-Voss, B.M.W.; Janssen, R.A.J.; Meijer, E.W.; Buerle, Angew. Chem. Int. Ed., 2000, 39:2679.7 Yang, Y.-C.; Yen, Y.-P.; Yang, L.-Y. O.; Yau, S.-L.; Itaya, K.; Langmuir, 2004, 20:

19、10030.8 Numata, K.; Hirota, T.; Kikkawa, Y.; Tsuge, T.; Iwata, T.; Abe, H.; Doi, Y.; Biomacromolecules, 2004, 5:2186.9 Rong, W.Z.; Pelling, A. E.; Ryan, A.; Gimzewski, J. K.; Friedlander, S. K.; Nano Lett., 2004, 4:2287.10 Maltezopoulos,T.; Kubetzka, A.; Morgenstern, M.; Wiesendanger, R.; Appl. Phys

20、. Lett., 2003, 83:1011.11 Severin. N.; Barber, J.; Kalachev, A.A.; Rabe, J.P.; Nano. Lett., 2004, 4:577.12M. Kemerink, K. Sauthoff, et.al PRL vol 86,2404,(2001)13 W. J. Kaiser and L. D. Bell, Phys. Rev. Lett. 60,1406 (1988).14 W. H. Rippard and R. A. Buhrman, Appl. Phys.Lett. 75, 1001 (1999).15W. H.

21、 Rippard and R. A. Buhrman Phys.Rev. Lett84, 971(2000)16 M,N.Baibitch et.al Phys.Rev. Lett 61, 2472 (1988)17李林峰，刘之景，完绍龙, 半导体技术28,7(2003)18 LABELLA V P，BULLOCK D W， DING Z，etal Science，2001，292：1518152119 张玉忠 时东霞等 生物化学与生物物理学报29，521（1997）20 J. K. H. Hrber and M. J. Miles 10.1126/science.1067410,&呈现原子或

22、分子的表面特性,扫描探针显微镜的应用,&呈现原子或分子的表面特性,扫描探针显微镜的应用,a)STM image of the short-range ordering of head-to-tail coupled poly(3-dodecylthiophene) on highly oriented pyrolytic graphite (20 20nm); b)calculated model of poly(3-dodecylthiophene) corresponding to the area enclosed in the white square in (a); c) three

23、-dimensional image of 3 showing submolecular resolved chains and folds (9.39.3nm2)6,&呈现原子或分子的表面特性,扫描探针显微镜的应用,a.高取向热解石墨上聚乙烯3-十二烷噻吩头尾相接，短程有序的STM图像b.a图中白框区域内聚乙烯3-十二烷噻吩计算得到的模型c.亚分子链接和褶皱的三维立体图像,&用于研究物质的动力学过程,(a-c) Time-sequenced constant-current(height mode) STM images showing the nucleation and growth o

24、f benzenethiol (BT) molecules at Pt( ) potentiostated at 0.15V in 0.1M HClO47.,扫描探针显微镜的应用,0.15V恒压下，在0.1MHClO4溶液中，苯硫醇分子的晶核形成和生长过程的STM图像,&用于研究物质的动力学过程,Continuous AFM height images of melt-crystallized poly(R)-3-hydroxybutyric acid (PH3B) thin film before (A) and during (B-F) enzymatic degradation by P

25、HB depolymerase from Ralstonia pickettii T1 at 20 8,该图A是聚乙烯3羟基丁酸薄片晶体的溶解AEM图像图BF是皮氏罗尔斯顿菌 在phb解聚酶作用下降解的过程AFM图像,扫描探针显微镜的应用,扫描探针显微镜的特点与应用,相较于其它显微镜技术的各项性能指标比较,扫描探针显微技术,发展历程基本工作原理扫描探针显微技术的特性存在问题适用范围最新展望和应用,下一页,显微技术是人们认识材料微观结构的重要途径，其发展历程是从光学显微镜电子显微镜扫描探针技术。一般的光学显微镜的分辨率250nm, 扫描电子显微镜（横向分辨率35nm ）， 不能用来直接观察分子和

26、原子。扫描探针技术（STM横向0.1 0.2 nm，纵向0.01nm）,可以直接观察分子、原子。扫描探针技术（SPM）实际上一类显微术的总称，都是在扫描隧道显微镜的基础上 发展起来的，其中最常用的有扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM），这两种方法互为补充。,返回,发展历程,下一页,上一页,发展历程,对于扫描探针显微术的最初研究可以追溯到上个世纪年代。 1928年英国科学家Synge提出了扫描探针近场光学显微镜的概念。他提出制造一个玻璃的针尖，在这个针尖的末端有一个极小的照相机的光圈，然后用这个针尖对待测样品作一行行的扫描。他后来也提出了对样品进行压电式扫描的想法。但由于种种原因，他

27、的工作没有受到注意。直到1956年，OKeefe重新研究了相同的想法。这次，OKeefe研究了光在一个100埃的狭逢中的传播，指出了该技术有望达到100埃的分辨率,下一页,返回,上一页,发展历程,但不幸的是，他断言相关的技术还不成熟，实验方面的工作还不具有可行性，因此他放弃了进一步的研究。Baez之后用声波的方法一一核实了这些概念。 1972年，Ash和Nicholls两人使用3cm波长的微波辐射做成了世界上第一个近场高分辨率扫描显微镜。他们达到了150微米的分辨率（波长的二百分之一）. 1981年IBM的Gerd.Binnig 和Heinrich Rohrer制成了世界上第一台扫描隧道显微镜

28、，由此人类第一次获得了原子尺度上的图像。二人因此项工作获得了诺贝尔奖。自此SPM的发展日新月异。,返回,下一页,上一页,返回,SPM实际上是一个很大的家族,是在扫描隧道显微镜(STM)发明取得巨大成就的基础上发展起来的各种新型显微镜.它们的原理都是通过检测一个非常微小的探针(磁探针、静电力探针、电流探针、力探针),与样品表面的各种相互作用(电的相互作用、磁的相互作用、力 的相互作用等),在纳米级的尺度上研究各种物质表面的结构以及各种相关的性质。因此，利用这种方法得到被测样品表面信息的分辨率取决于控制扫描的定位精度和探针作用尖端的大小（即探针的尖锐度）。,下一页,扫描探针显微技术的原理,上一页,

29、返回,扫描隧道显微镜,下一页,扫描探针显微技术的原理,工作原理是利用电子隧道现象，将样品本身作为一具电极，另一个电极是一根非常尖锐的探针。把探针移近样品，并在两者之间加上电压，当探针和样品表面相距只有数十埃时，由于隧道效应在探针与样品表面之间就会产生隧穿电流，并保持不变。若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也将使穿电流发生成千上万倍的变化。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光,上一页,返回,屏上显示出一幅物体的三维图像。扫描隧道显微镜一般用于导体和半导体表面的测定。,扫描探针显微技术的原理,扫描隧道显微镜,下一页,上一页,返回,原子力显微镜 主要包括接触模式、非接触模式和轻敲模式。

30、一个对力非常敏感的微悬臂，其尖端有一个微小的探针，当探针轻微地接触、接近或轻敲样品表面时，由于探针尖端的原子与样品表面的原子之间产生极其微弱的相互作用力而使微悬臂弯曲，将微悬臂弯曲的形变信号转换成光电信号并进行放大，就可以得到原子之间力的微弱变化的信号。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。,扫描探针显微技术的原理,下一页,上一页,SPM的特点,原子级高分辨率。STM在平行和垂直于样品表面方向的分辨率分别可达0.1nm 和0.01nm，即可以分辨出单个原子，具有原子级的分辨率。 可实时地得到实空间中表面的三维图像，可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构研究及

31、表面扩散等动态过程的研究。 可以观察单个原子层的局部表面结构，因而可直接观察表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。,返回,下一页,上一页,返回,下一页,SPM的特点,可在真空、大气、常温，以及水和其它溶液等不同环境下工作，不需要特别的制样技术，并且探测过程对样品无损伤。这些特点适用于研究生物样品和在不同试验条件下对样品表面的评价。配合扫描隧道谱STS(Scanning Tunneling Spectroscopy)可以得到有关表面结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等。,上一页,存在的问题,由于其工作原理是控

32、制具有一定质量的探针进行扫描成像，因此扫描速度受到限制，检测效率较其他显微技术低；由于压电效应在保证定位精度前提下运动范围很小（目前难以突破100m量级），而机械调节精度又无法与之衔接，故不能做到象电子显微镜的大范围连续变焦，定位和寻找特征结构比较困难；目前扫描探针显微镜中最为广泛使用管状压电扫描器的垂直方向伸缩范围比平面扫描范围一般要小一个数量级，扫描时扫描器随样品表面起伏而伸缩，如果被测样品表面的起伏超出了扫描器的伸缩范围，则会导致系统无法正常甚至损坏,返回,下一页,上一页,存在的问题,探针。因此，扫描探针显微镜对样品表面的粗糙度有较高的要求；由于系统是通过检测探针对样品进行扫描时的运动轨

33、迹来推知其表面形貌，因此，探针的几何宽度、曲率半径及各向异性都会引起成像的失真（采用探针重建可以部分克服）。,返回,下一页,上一页,适用范围,扫描探针显微技术的应用领域十分宽广。在物理、化学、生物、医学等基础学科，还是材料、微电子等应用学科都有它的用武之地。 下面简单例举几项：,纳米加工技术 基于扫描探针显微镜的纳米加工技术，包括了一种纳米刻蚀技（Nanolithgraphy）。这种技术可以实现在纳米尺度上制备产品。目前刻蚀图形的线宽约10nm。,返回,下一页,上一页,适用范围,原子操纵 扫描探针显微镜所提供的单个原子、分子的操纵手段还可能导致原子级的计算机开关器件的诞生。相当方便面地移走材料

34、表面的某一种原子和搬来另一种原子，从而形成一种新材料。这一切在数分种内就可以完成。这种显微镜最激动人心的用途就是用于制造原子尺寸的计算机和毫微芯片。,下一页,返回,上一页,适用范围,返回,1990年IBM研究人员首次在金属镍表面用35个惰性气体氙原子組成“IBM”三个英文字母 。后来，又搬移近百颗铁原子形成中文原子二字。此結果成为杂志及国际研讨会的封面图案。,下一页,上一页,适用范围,解决许多理论和实验上的疑难问题,下一页,硅表面77重构图象,返回,上一页,适用范围,用AFM得到的癌细胞的表面图象,返回,下一页,上一页,呈现原子或分子的表面特性,适用范围,返回,下一页,上一页,适用范围,该图A

35、是聚乙烯3羟基丁酸薄片晶体的溶解AEM图像图BF是皮氏罗尔斯顿菌 在phb解聚酶作用下降解的过程AFM图像,下一页,Continuous AFM height images of melt-crystallized poly(R)-3-hydroxybutyric acid (PH3B) thin film before (A) and during (B-F) enzymatic degradation by PHB depolymerase from Ralstonia pickettii T1 at 20 8,返回,用于研究物质的动力学过程,上一页,最新展望和应用,1） 作为电子束发射装

36、置 由于STM的针尖和样品表面间存在隧道电流作用，因此可以利用它来作弹道电子注入。通过测量这个电流，Bell和Kaiser得以测量埋在样品表面下的肖特基势垒的深度。这项技术被称作弹道电子发射显微镜（BEEM）。自此以后，弹道电子发射谱被广泛的应用在其他方面的研究中，包括对肖特基势垒的研究，对双层结构共振态的研究，CuPt型阵列的研究，量子点的研究上。,返回,下一页,上一页,最新展望和应用,新近发展起来一种技术叫做BEMM（弹道电子磁场谱），是BEEM的技术加上巨磁阻效应。它是和铁磁非铁磁铁磁薄膜半导体基底一起使用的。在恒流模式下，通过STM针尖，将电子注入到该结构上。电子在通过第一个铁磁薄膜时

37、将被自旋极化。极化的电子然后进入铁磁金属半导体异质结，如果两个铁磁薄膜是平行磁性(P)的，则通过的效率最高，如果是反平行磁性的（AP），则通过的效率最低（巨磁阻效应）。这就我们就可以通过隧穿电流大小的变化来研究薄膜磁性、弹道电子输运等过程。,返回,下一页,上一页,最新展望和应用,在自旋电子学方面的应用也是振奋人心的。自旋电子学是利用电子的自旋的方向（上或下）来表示传统信息学里的0和1。目前这们新兴学科所面临的重大难题是足够高的自旋注入效率。人们利用有磁性探头的STM,将自旋极化的弹道电子注入金属半导体异质结，来研究注入效率与异质结结构的关系。人们发现真空的隧道结能够有效地将自旋注入电子中，隧道

38、结的边界还能保存自旋极化。在100K下，用一个100自旋极化的STM探头作为电子源将极化的电子注入p型GaAs的表面，并同时记录下了重组发光的极化程度，结果表明，高度自旋极化流(92)能够被注入GaAs。,返回,下一页,上一页,最新展望和应用,2） 在生物学方面的应用。 扫描探针显微术(SPM ) 现已广泛用于生物学究, 形成了一门新的学科纳米生物学(Nanobiology)。 SPM在生物方面的主要优点是：（1） 它极高的三维图像分辨率。（2） 它可以在气体和液体环境下工作。这比生物学领域传统使用的电子显微镜要好得多。SPM的这项优点使得生物学的研究者可以在生物活体情况下研究生物学样品。,返回,下一页,上一页,最新展望和应用,（3） SPM也不需要对生物体进行重金属着色，也不像电子显微镜一样将生物体暴露在高能电子束下而带来对有机体的极大损害。（4） SPM不依赖于你得到的样品的数量、形式，不依赖于你是否得到晶体。举例来说，19X 射线衍射方法是目前研究藻胆蛋白及其他蛋白质晶体结构的有效手段, 且分辨率很高。但这一方法首先必须要求得到蛋白质的晶体, 所以, 种类繁多的藻胆蛋白到目前为止仅有为数很少的几种得到X 射线衍射结果。但用STM可以直接观察非晶体状态下的藻胆蛋白的结构.,返回,上一页,下一页,谢谢！,返回,上一页,下一页,