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    關于原子力顯微鏡上的“隧道效應”解析

    點擊次數:846 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隧道效應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。隧道效應是指粒子在經典力學中無法穿越的勢能壘,在量子力學中卻可以以一定的概率穿越的現象。這是因為在量子力學中,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。當粒子的能量低于勢能壘時,按照經典力學的觀點,粒子是無法穿越勢能壘的。然而,在量子力學中,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穿越到另一側的可能性。這種現象就是隧道效應。
      在原子力顯微鏡中,隧道效應主要體現在探針與樣品表面的相互作用過程中。當探針靠近樣品表面時,探針與樣品表面之間會產生一個電場。這個電場會使探針尖的電子云發生畸變,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,隧道效應起到了關鍵作用。
      當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生重疊。在這種情況下,電子可以通過量子力學隧道效應從一個電子云跳躍到另一個電子云。這種跳躍會導致探針與樣品表面之間的相互作用力發生變化,從而影響到設備對樣品表面的探測結果。
      為了消除隧道效應對原子力顯微鏡探測結果的影響,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,從而降低隧道效應的發生概率。此外,還可以通過改變探針的形狀和材料來調整探針與樣品表面之間的相互作用力,進一步減小隧道效應的影響。
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