材料方法-第9章-新型显微技术-SPM-2010
扫描探针显微技术(SPM)
虽然STM图像不能简单地归结为原子的空间排布， 对STM图像的解释，通过量子化学的理论计算，并 结合表面分析技术（如AES、XPS等）结合起来， 综合分析，数据间相互印证等方法综合运用。
STM对工作环境要求较宽松，在大气、真空、溶液、 高温、低温等条件下均可，对各种不同状态的表面 化学研究十分便利。 例如，研究原位表面的化学反应，表面吸附、表面 催化、电化学腐蚀等。 在Si(001)表面上 SiH3→SiH2（吸附）+H（吸附）
iii 光学检测法 光学检测法中常用干涉法和光束偏转法两种。光 学干涉法的原理类似于迈克尔逊干涉仪，用两束 正交的偏振光，分别探测微悬臂的固定端和针尖， 经过微悬臂反射后，两束光发生干涉，干涉光相 位移动的大小与微悬臂形变量△Z有关。在扫描 过程中，通过反馈电路调整相位移恒定，就可以 得到表面形貌图像，分辩率在z方向为0.001nm。
三代显微镜的观察范围及典型物体
扫描探针显微镜的特点
相较于其它显微镜技术的各项性能指标比较
分辨率 扫描探 针显微 镜 透射电 镜 工作环境 样品环境 实环境、大 气、溶液、 真空 温度 室温或低 温 对样品 破坏程度 无 检测深度
原子级(0.1nm) 点分辨 (0.3~0.5nm) 晶格分辨 (0.1~0.2nm)
金属中的自由电子具有波动性，当电子波（ψ） 向表面传播遇到边界时，一部分被反射（ψR）， 而另一部分则可透过边界（ψT），从而在其表面 形成电子云，电子云的密度随距表面的距离成指 数衰减。当两金属靠得很近时，表面的电子云可 以相互渗透，即金属1的透射波ψT1与金属2的透 射波ψT2相互重叠，在两金属间形成电流，这一 现象被称为隧道效应，由此产生的电流为隧道电 流。隧道效应是粒子波动性体现，是一种典型的 量子效应。此时，如果在两金属或半导体上施加 电压，则电子定向流动，形成隧道电流。
生命科学中的新型光学显微技术
生命科学中的新型光学显微技术生命科学是一门研究生命现象及其规律的科学，其研究领域包括遗传学、生态学、生理学、分子生物学、细胞生物学、发育生物学等多个方向。
随着科技的发展以及对于生活的不断追求，生命科学也在不断发展，引入了越来越多的新型技术。
光学显微技术是生命科学中应用非常广泛的技术之一。
而今天我们所要介绍的，就是近年来新兴的光学显微技术。
一、背景介绍光学显微技术是生命科学中一种基础的研究手段。
以前的光学显微技术主要有普通荧光显微镜、共聚焦显微镜、层析显微镜、单分子荧光显微镜等。
然而，这些传统的光学显微技术在研究某些生物事件和病理学方面都有局限性。
我们所要介绍的新型光学显微技术，正是为了解决这些局限性而被研发出来的。
二、介绍新型光学显微技术1、超分辨光学显微技术超分辨显微技术指是通过花费比普通光学显微技术更多的时间、光源和处理方法，来得到更高分辨率的显微图像。
最初被研发出来的超分辨技术是双光子激发荧光显微镜。
其原理是通过集中两束激光在一个位置上，使得在这个位置上的分子被同时激发。
不过，新近研发的形态学超分辨技术(STORM)、受限类型STED(STimulated Emission Depletion)等也是可以达到更高分辨率显微图像的超分辨显微技术。
2、加速度思维显微技术加速度思维显微技术是一种基于机器学习的全新显微技术。
其原理是通过训练计算机，让其对生物显微图像进行理解，然后找到最快的方法来处理量大、复杂的数据集，从而加快图像的采集速度。
这种新技术可以提高采集效率，减少错误率。
3、多模高分辨光学成像技术新型的多模高分辨光学成像技术，是一种能够同时获得多种成像信息的技术，如空间分辨率、时间分辨率和相位分辨率等。
其应用范畴也相对较广泛。
三、应用前景展望在生命科学领域，新型光学显微技术已经起着越来越重要的作用。
无论是研究生物材料、细胞、器官结构，还是研究生物事件与病理学方面，新型光学显微技术都有着广泛的应用。
扫描探针显微镜(SPM)原理简介及操作(修正版)
扫描探针显微镜（SPM）原理简介庞文辉 2012.2.22一、SPM定义扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，SPM）是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各种新型探针显微镜（原子力显微镜AFM,激光力显微镜LFM，磁力显微镜MFM等等）的统称，包括多种成像模式，他们的共同特点是探针在样品表面扫描，同时针尖与样品间的相互作用力被记录。
SPM的两种基本形式：1、扫描隧道显微镜（Scanning Probe Microscope,STM）2、原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）AFM有两种主要模式：●接触模式（contact mode）●轻敲模式（tapping mode）SPM的其他形式：●侧向摩擦力显微术（Lateral Force Microscopy）●磁场力显微镜（Magnetic Force Microscope）●静电力显微镜（Electric Force Microscope）●表面电势显微镜（Surface Potential Microscope）●导电原子力显微镜（Conductive Atomic Force Microscope）●自动成像模式（ScanAsyst）●相位成像模式（Phase Imaging）●扭转共振模式（Torisonal Resonance Mode）●压电响应模式（Piezo Respnance Mode）●……二、STM原理及应用基于量子力学中的隧穿效应，用一个半径很小的针尖探测被测样品表面，以金属针尖为一电极，被测固体表面为另一电极，当他们之间的距离小到1nm左右时，形成隧道结，电子可从一个电极通过量子隧穿效应穿过势垒到底另一个电极，形成隧穿电流。
在极间加很小偏压，即有净隧穿电流出现。
隧穿电流与两极的距离成指数关系，反馈原理是采用横流模式，当两极间距不同（电流不同），系统会调整Z轴的位置从而成高度像。
材料科学中的显微分析技术
材料科学中的显微分析技术随着科技的不断进步和发展，材料科学领域也在不断地推陈出新，尤其是在显微分析技术方面，取得了巨大的成就。
显微分析技术是材料科学中一种非常重要的研究手段，主要通过观察样品的微观结构和性质来达到材料分析和研究的目的。
本文将重点介绍几种常用的显微分析技术。
一、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种非常常用的显微分析技术，它主要利用电子束照射样品后所产生的二次电子和反射电子来观察样品表面的形貌、结构和成分。
SEM 可以通过不同的电子能量、探针电流等参数来调节图像的分辨率和深度，因此对于材料表面形貌的观察和分析非常有帮助。
二、透射电子显微镜（TEM）与 SEM 不同的是，透射电子显微镜主要研究的是材料的内部结构和组成成分。
透射电子显微镜通过压缩电子波长并穿过材料薄层来观察材料的内部结构。
这种技术非常适合于研究各种微纳米结构，如晶体缺陷、嵌入物晶体、纳米线、薄膜等。
三、原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种非接触式的显微分析技术，可以实现 nm 和单个原子的分辨率。
AFM 通过利用样品表面的力变化来计算样品表面的形貌，可以直接观察到材料表面的原子结构和表面化学性质。
AFM 技术在材料表面形貌、粗糙度以及纳米级表面摩擦等方面各有应用。
四、拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种非常常见的光谱分析技术，它通过利用激光束的激发下产生的被动散射光，来给出材料的振动信息，包括化合物的结构、作为表面成分的化合物、内部动态变化等。
拉曼光谱分析广泛用于材料、纳米材料及化学生物学领域，为研究物理、化学、生物等方面的问题提供了有效的工具。
五、X射线衍射分析（XRD）X射线衍射分析是一种分析材料内部结构的技术，主要应用于晶体结构分析、材料相变研究、材料显微结构分析等领域。
XRD 通过跟踪和分析样品探针的散射角度和强度，从而确定材料的具体晶格结构、原子排列和相互影响。
总结以上几种显微分析技术只是材料分析中常用的几种手段，还有许多其他的方法可以用于材料或材料组件的分析和研究。
材料学中常用分析方法第五讲 SPM 有关金属材料分析手段
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5 扫描隧道显微镜(1981) 导体表面的原子象 6 扫描近场光学显微镜(1982) 50nm的光学分辨率 7 扫描电容显微镜(1984) 500nm的电容差 8 扫描热显微镜(1985) 50nm的热成象
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SPM 技术的发展年表（续）
21 扫描自旋进动显微镜(1989) 1nm的顺磁自旋成象
22 扫描离子电导率显微镜(1989) 500nm电解质成象
23 扫描电化学显微镜(1989) 溶液电化学反应引发
的形貌变化
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SPM 技术的发展年表（续）
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方 法（年 代）
STM 的压电陶瓷三维筒状微驱动器
探针被装置于驱动器的一侧，被x,y,z三组电极所驱动 驱动灵敏度为3nm/V 位移精度达 0.1 Å
STM 的两种工作模式
STM 可使用不同 的信号作为其反
馈控制信号
恒电流模式 恒高度模式
STM的应用：
在原子尺度上：
导体表面的原子排列图象的直接观察 导体表面原子动态过程的监测
Scanning Probe Microscope (SPM) ——中国·上海爱建纳米科技发展有限公司
AJ-III 型原子力显微镜 (AFM)
SPM: 特指80年代以来发展起来的一类 nm 量级的超显微分析手段
典型的SPM(扫描探针显微镜)的组成
四象限光电 探测传感器
SPM的主要组成部分：
1.超显微, 近距离探针 2.微位移扫描装置 3.特定物理、化学特性为探测对象
非导体NaCl薄层 /Al的STM
生物显微技术ppt课件
G. 氯化汞 性质：无色粉末，剧毒
优点：渗透力强，对蛋白质有强烈的沉淀 作用
缺点：材料收缩
*常与甲醛、冰醋酸、丙酸等配合使用。 用碘除汞
H. 碘 性质：棕红色晶体
优点：渗透力强，野外使用方便
缺点：易挥发，标本不能长期保存
*溶于碘化钾溶液配置固定液；使用时可与 福尔马林配合使用。是低等单细胞生物、 浮游生物的良好固定液
有必要，必须采用与固定剂中的酒精浓度相同或相近 的酒精。
2.凡是含有铬酸、重铬酸钾、锇酸的固定剂，必须用流 水冲洗，冲洗时间应等于或多于固定时间。
3.如固定液中含有氯化汞，应根据溶液的性质用水或酒 精冲洗，冲洗完毕必须在70%酒精中加碘液去汞 。
4.含有苦味酸的固定剂，宜选用70%的酒精进行洗涤。苦 味酸的黄色在70%酒精中能自行脱去,或加入碳酸钾饱 和水溶液除去。
I. 锇酸 性质：灰黄色结晶，强氧化剂，剧毒
优点：目前最好的固定剂之一，脂类物质 唯一的固定剂
缺点：渗透力弱，组织固定不均匀，价格 昂贵
*取材较小，固定后用过氧化氢漂洗
第二节 洗涤和脱水
一、洗涤的目的和原则
洗涤的目的：将组织间隙中的固定剂清洗干净以免妨碍 染色或使材料在后续处理中变质。
洗涤的原则: 1.固定剂为酒精，或酒精混合物，一般不要求冲洗，如
第二章 光学透镜 第二节 凸透镜成像
➢ 显微镜的物镜、目镜和聚光镜都是由多个单透 镜或复透镜组成的透镜组，但其实质上只相当 于一个凸透镜。凹透镜所成的像总是缩小的虚 像，在显微镜上不能单独使用。
第七节 脱蜡与染色
四、染色过程中使用的其他辅助试剂
a. 媒染剂
有的染料不能直接使细胞或组织着色。媒染 剂通常能在水中电离金属离子（金属盐类或 金属氧化物）而与染料结合成有色复盐（不 溶于水或酒精）
电子显微技术的新进展
电子显微技术的新进展电子显微技术一直是科学研究领域中不可或缺的工具。
它们能够扩大我们的视野，让我们看见微观世界中更为复杂、微小的结构，进而深入了解各种物质和现象。
随着科学技术的发展，电子显微技术也在不断地演进，开发出了一些全新的技术，可以突破现有的瓶颈、解决若干难题。
一、单分子成像单分子成像是一种新的显微技术，它可以在分子级别直接观察分子的结构、结构变化和相互作用。
通过这种技术，研究者可以更加深入地研究分子之间的交互和生化反应，可以更好地了解生命科学和物质科学。
这种技术的原理是通过使用荧光标记、掺杂、测量等手段，将分子显微成像。
随着技术的发展，研究者已经能够通过单分子成像，成功的观察到多种生化物质的动态行为。
例如，可以在真核细胞膜下面观察到不同的蛋白质轮廓，以及精细的亚细胞结构变化。
二、高分辨扫描透射电子显微镜随着电子显微技术的发展，透射电子显微术（TEM）已成为当今最常见、最常用的分析方法之一。
但是TEM的分辨率仍然受到一些限制，例如电子衍射和成像位置的控制等。
近年来，研究者在TEM技术中开发出一种新技术——高分辨扫描透射电子显微镜（HRSTEM）。
HRSTEM基于高通量的电子源，利用电子散射模型和成像技术，实现了精确的原子分辨率成像。
HRSTEM可以观察到一些分子和纳米材料中的具体结构，如氧化物纳米管、金、银、铂纳米径粒等。
三、单纳米热成像随着新型纳米材料的研究越来越深入，近年来也出现了一些新的电子显微技术，可以帮助我们更好地了解这些材料的物理性质。
其中之一就是单纳米热成像技术。
这种技术利用扫描探针显微镜（SPM）中的纳米热成像技术，开发出了可以在膜、纤维、芯片等表面上观察材料到纳米级别的详细热传导的技术。
这种技术的分辨率较高，可以达到70纳米，在物理、材料科学等领域中具有广泛应用价值。
总结电子显微技术的演变已经带来了许多新的契机和机遇。
通过这些新技术，科学家们可以更加精确地观察、分析物质和现象，进而发现新的规律、发展新的科学或材料。
超导材料的微结构表征技术
超导材料的微结构表征技术引言超导材料是一类具有极低电阻和磁场排斥特性的材料，具有广泛的应用前景，如能源传输、磁共振成像等。
要实现超导材料的高性能应用，需要对其微结构进行准确的表征。
本文将介绍几种常用的超导材料微结构表征技术。
一、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种常用的表征材料微结构的工具。
它通过扫描样品表面并测量所产生的电子信号来获得高分辨率的图像。
对于超导材料的微结构表征，SEM可以提供样品表面的形貌信息，如晶粒大小、形状和分布等。
此外，SEM还可以进行能谱分析，通过测量样品辐射出的特定能量的X射线来确定元素的组成。
二、透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种能够观察材料内部结构的高分辨率显微镜。
它通过透射电子束穿过样品并通过电子透镜系统进行聚焦，从而获得高分辨率的图像。
对于超导材料的微结构表征，TEM可以提供样品的晶格结构信息，如晶格常数、晶格缺陷等。
此外，TEM还可以进行选区电子衍射，通过测量电子衍射图案来确定晶体的取向和晶格结构。
三、扫描探针显微镜（SPM）扫描探针显微镜是一种能够在原子尺度下观察材料表面的显微镜。
它通过在样品表面扫描探针，并测量探针与样品之间的相互作用力来获得图像。
对于超导材料的微结构表征，SPM可以提供样品表面的拓扑信息，如表面粗糙度、孔隙分布等。
此外，SPM还可以进行局部电导测量，通过测量样品表面的电导来确定超导材料的电子输运性质。
四、X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种通过测量材料对入射X射线的散射来确定晶体结构的方法。
对于超导材料的微结构表征，XRD可以提供样品的晶体结构信息，如晶格常数、晶体取向等。
此外，XRD还可以进行相变分析，通过测量样品在不同温度下的衍射图案来确定超导材料的相变温度和相变机制。
结论超导材料的微结构表征对于实现其高性能应用至关重要。
本文介绍了几种常用的超导材料微结构表征技术，包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描探针显微镜和X射线衍射。
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STM的结构
3、原子力显微镜（AFM）的原理
当探针与样品表面间距小到纳米级时，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。
高真空
室温
小
扫描电 镜
场离子 显微镜
6-10nm
高真空
室温
小
原子级
超高真空
30~80K
有
5、扫描探针显微镜的应用
扫描探针显微镜正在迅速地被应用于科学 研究的许多领域，如纳米技术，催化新材料， 生命科学，半导体科学等，并且取得了许多重 大的科研成果.
呈现原子或分子的表面特性
氧化锌薄膜的AFM图 (单位：nm)
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
二、场离子显微镜概述 (Field Ion Microscope，FIM)
（1）基本原理
量子力学中电子的穿隧效应及基本电学中导 体表面电场与其曲率成正比„即以相同的电压加 于相同的导体上，曲率愈大（愈尖的）其产生的 电场愈高‟等原理。在针尖状的金属或导体样品
相较于其它显微镜技术的各项性能指标比较
分辨率 扫描探 针显微 镜 透射电 镜 工作环境 样品环境 实环境、大 气、溶液、 真空 温度 对样品 破坏程 度 无 检测深度
原子级(0.1nm) 点分辨(0.30.5nm) 晶格分辨(0.10.2nm)
室温或低 温
100μm量级 接近SEM,但 实际上为样品 厚度所限，一 般小于100nm. 10mm (10倍 时) 1μm (10000 倍时) 原子厚度
不足分辨出表面原子 只能提供空间平均的电子结构 信息
只能探测在半径小于100nm的针尖上的原子 结构和二维几何性质，且制样技术复杂
X射线衍射
高分辨透射电子 显微镜 光学显微镜 和 扫描电子显微镜 X射线光电子 能谱 场电子显微镜 和 场离子显微镜
1982年
扫描隧道 显微镜
人类第一次能够实时 地观察单个原子在物质表 面的排列状态和与表面电 子行为有关的物理、化学 性质，在表面科学、材料 科学、生命科学等领域的 研究中有着重大的意义和 广阔的应用前景，被国际 科学界公认为八十年代世 界十大科技成就之一。
V V0 隧道效应示意图
O
a
x
由于电子的隧道效应，金属中电子云密度并不 在表面边界处突变为零。在金属表面以外，电子云 密度呈指数衰减，衰减长度约为1nm。用一个极细的、 只有原子线度的金属针尖作为探针，将它与被研究 物质(称为样品)的表面作为两个电极，当样品表面 与针尖非常靠近(距离＜1nm)时，两者的电子云略有 重叠。
5、配合扫描隧道谱，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。
6、在技术本身，SPM具有的设备相对简单、体积小、价格便 宜、对安装环境要求较低、对样品无特殊要求、制样容易、检 测快捷、操作简便等特点，同时SPM的日常维护和运行费用也 十分低廉。
第9章 新型显微分析技术
• 扫描探针显微镜（SPM）
• 场离子显微镜（FIM）
1、表面结构分析仪器的局限性
1933年
Ruska
Knoll
电子显微镜
透射 电子 显微 镜
场电 子显 微镜
场离 子显 微镜
电子 探针
低能 电子 衍射
光电 子能 谱
扫描 电子 显微 镜
低能电子衍射 和
样品具有周期性结构 用于薄层样品的体相和界面研究
图2 金属表面与针尖的电子云图
（2）隧道电流的产生 当样品与针尖的距离非常小（通常小于1nm)时,在外 加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向 另一电极，隧道电流I是针尖的电子波函数与样品的电子 波函数重叠的量度，与针尖和样品之间距离S和平均功函 数Φ有关
I Vb exp( AΦ S )
V0是加在针尖和样品之间的偏置电压，
Φ ≈ Φ1＋Φ2 ) / 2 （
1 2
，
Φ1和Φ1分别为针尖和样品的功函数
A为常数
（3）样品表面的扫描
隧道电流 I 对针尖与样品表面之间的距离 S极为 敏感，如果 S 减小0.1nm，隧道电流就会增加一个数量级。 当针尖在样品表面上方扫描时，即使其表面只有原子尺度 的起伏，也将通过其隧道电流显示出来。借助于电子仪器 和计算机，在屏幕上即显示出与样品表面结构相关的信息。 （4）STM的结构和工作模式
上，加上很高的正电压，造成强大的正电场；反
之若加很高的负电压产生负电场，将造成电子发 射，称为“场发射显微镜”，也是由穆勒首创。
当气体分子靠近此金属或导体样品表面时，此强大的 正电场改变了气体原子中电荷的分布，气体分子被极化而 受电场吸引向针尖飞去。当气体分子相当靠近此具有高电 场的导体表面时，气体分子中电子的位能势垒因受导体表 面电场的影响而变形，当此位能势垒宽度渐渐变窄，气体 分子中最外层电子可以有机会穿隧而出至导体样品表面时， 此气体分子即离化成“气体离子”。因为此气体离子与该 导体表面所具有的正电场彼此互相排斥，所以气体离子会 沿着此电场的方向飞离。当此离化现象大量发生时，这些 气体离子所造成的离子流会沿着表面电场向外辐射状射出， 撞上不远处所置的萤光屏。萤光屏上明暗的分布，代表着 离子流的大小，也即导体样品表面上电场的强弱分布；而 这些强弱不同的电场是由于导体表面上不同的曲率所造成， 在同一平面上只有原子的形状可以造成这些不同曲率的现 象。所以萤光屏上明暗的分布，也就是表面上原子形状的 放大。
扫描隧道显微镜 （STM） 原子力显微镜（AFM）
扫描近场光学显微境 （SNOM） 弹道电子发射显微镜 （BEEM）
扫描力显微镜（S
（1） 隧道效应 根据量子力学，粒子可以穿透比它的能量E更 高的势垒V0，这种现象称为隧道效应。其透射 系数
氧化锌颗粒的颗粒比例图（a）和粒度分布 图（b）
呈现原子或分子的表面特性
A B
乳胶薄膜的AFM图(A)和三维立体图(B) (单位:nm)
A
B
有严重缺陷(A)和较为完美(B)的高分子镀膜（单位:nm)
扫描探针显微镜的其它应用
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
4、扫描探针显微镜的特点
1. 分辨率高
横向分辨率可达
0.1nm
纵向分辨率可达
0.01nm
HM：高分辨光学显微镜；PCM：相反差显微镜；(S)TEM：（扫描）透射电子显微镜；FIM：场
离子显微镜；REM：反射电子显微镜
2、可实时地空得到实时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。 3、可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是体相或整 个表面的平均性质。 应用：可直接观察到表面缺陷、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。 4、可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样 品浸在水和其它溶液中，不需要特别的制样技术，并且探测过 程对样品无损伤。 应用：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，例如对于多相催化机理、超导机制、电化学反应过 程中电极表面变化的监测等。
（2）FIM装置
（3）样品
样品需要先处理成针状，针的末端曲率半径
约在200-1000埃。(1埃 = 10-10公尺)把样品置于 真空极佳的空间中，藉由和低温物的接触将其温
度降到液态氮的温度以下。在空间中放入成像气
体，可能为He、Ne、Ar等气体，视不同样品而定。
表面原子显像
原 子 间 范 德 华 力
原子与原子之间的交互作用力 因为彼此之间的距离的不同而有所不同，其之间的 能量表示也会不同。
在原子力显微镜的系统中，是利用微小探针
与待测物之间交互作用力，来呈现待测物的表面
之物理特性。所以在原子力显微镜中也利用斥力 与吸引力的方式发展出两种操作模式： （1）利用原子斥力的变化而产生表面轮廓为 接触式原子力显微镜（contact AFM），探针与试
片的距离约数个Å。
（2）利用原子吸引力的变化而产生表面轮廓 为非接触式原子力显微镜（non-contact AFM）， 探针与试片的距离约数十到数百Å。
硬件架构： 在原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM） 的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检 测部分、反馈系统。