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关于原子力显微镜上的“隧道效应”解析

点击次数:978 更新时间:2023-11-15
   原子力显微镜(AFM)是一种用于研究表面物理性质的仪器,它通过测量探针与样品表面的相互作用力来获取样品表面的形貌信息。隧道效应是原子力显微镜中的一个重要概念,它是指在纳米尺度下,电子可以通过量子力学隧道效应从一个势能垒跳跃到另一个势能垒。
  首先我们要了解什么是隧道效应。隧道效应是指粒子在经典力学中无法穿越的势能垒,在量子力学中却可以以一定的概率穿越的现象。这是因为在量子力学中,粒子的位置和动量不再是确定的值,而是具有一定的概率分布。当粒子的能量低于势能垒时,按照经典力学的观点,粒子是无法穿越势能垒的。然而,在量子力学中,粒子的能量具有波粒二象性,其概率分布包含了粒子从势能垒的一侧穿越到另一侧的可能性。这种现象就是隧道效应。
  在原子力显微镜中,隧道效应主要体现在探针与样品表面的相互作用过程中。当探针靠近样品表面时,探针与样品表面之间会产生一个电场。这个电场会使探针尖的电子云发生畸变,从而影响探针与样品表面之间的相互作用力。在这个过程中,隧道效应起到了关键作用。
  当探针与样品表面之间的距离非常接近时,探针尖的电子云与样品表面的电子云会发生重叠。在这种情况下,电子可以通过量子力学隧道效应从一个电子云跳跃到另一个电子云。这种跳跃会导致探针与样品表面之间的相互作用力发生变化,从而影响到设备对样品表面的探测结果。
  为了消除隧道效应对原子力显微镜探测结果的影响,研究人员采用了多种方法。其中常用的方法是使用高电压来减小探针与样品表面之间的距离,从而降低隧道效应的发生概率。此外,还可以通过改变探针的形状和材料来调整探针与样品表面之间的相互作用力,进一步减小隧道效应的影响。
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