探针显微镜 spm扫描探针显微镜

揭开扫描探针显微镜（SPM）的神秘面纱

一、入门概念

扫描探针显微镜（SPM）是一个利用物理探针与样品表面进行互动的分析工具，其分辨率达到了惊人的亚纳米级别。通过精密控制扫描器的运动，SPM能够在各种复杂环境中，对微观结构进行形态和物理性质的测试。

二、主要分类及简介

在当今的科研领域，SPM家族已经繁衍出多种类型，如：

扫描隧道显微镜（STM），

原子力显微镜（AFM），

横向力显微镜（LFM），

静电力显微镜（EFM），

磁力显微镜（MFM），

扫描热显微镜（SThM）以及

扫描近场光学显微镜（SNOM）。

三、技术特点一览

1. 超高分辨率：STM的横向分辨率达到惊人的0.13nm，垂直分辨率为0.01nm；而AFM也不甘示弱，横向分辨率达到0.26nm，垂直分辨率为0.1nm。换句话说，这些设备能够轻松地"看到"原子。

2. 多环境适应性：无论是在真空、大气、液体、变温或是电化学体系中，SPM都能游刃有余地进行工作。

3. 多功能性：除了基本的形貌观察，SPM还可以进行力学、电学、磁学等多种性能测试。

4. 实时成像技术：SPM能够实时获取样品表面的真实高分辨率图像，为科研工作者提供最直接、最真实的数据。

四、技术参数详述

对于精度要求极高的SPM，其技术参数同样出色：

分辨率：在XY和Z方向均能达到0.2nm级别；

噪音控制：闭环噪音在XY方向小于0.1nm，Z方向小于0.05nm；

扫描范围：J型扫描管可达125μm×125μm×5μm，E型扫描管为10μm×10μm×2μm；

样品尺寸：通常支持15mm×15mm×2mm的样品。

五、应用领域解读

SPM的应用领域广泛，几乎涉及到了各个科学领域：

在材料科学中，用于表面形貌观察、纳米结构检测；

在半导体工业中，用于纳米级缺陷检测；

在生物学领域，用于生物分子相互作用研究；

也在化学、物理、医学等多个学科领域有着广泛的应用。

六、发展历程回顾

自上世纪七十年代初以来，SPM经历了飞速的发展：

1972年，Young等人成功开发出Topografiner（STM的前身）。

1982年，Binnig等人首次获得了硅(111)表面的原子图像。

2009年，日本开始生产SPM扫描探针显微镜。

到了2012年，Bruker公司的MultiMode 8系统正式投入使用。

而到了未来，干式制冷技术将应用于低温SPM系统，为科研带来更多的可能性。

扫描探针显微镜（SPM）是一个强大而多功能的分析工具，其超高分辨率和多环境适应性使其在许多科学领域都发挥了重要作用。随着技术的不断进步，未来SPM必将在科研领域发挥更大的作用。