大学物理仿真实验——扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜原理与制备技术介绍
扫描隧道显微镜原理与制备技术介绍扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）是一种基于量子隧道效应的高分辨率显微镜，用于观察固体表面的原子及分子结构。
本文将详细介绍扫描隧道显微镜的原理和制备技术。
扫描隧道显微镜通过利用尖端和样品表面之间的量子隧道效应，实现对表面形貌和电子结构的观察。
其原理可以简单描述为：在一个真空中，尖端电极和样品表面之间加上一个微小的直流电压，当尖端和样品非常接近时（约 1 nm），由于量子隧道效应的存在，电子会从尖端隧道穿过真空障垒，进入样品表面或从样品表面进入尖端。
通过测量电流的强度和偏置电压的变化，就可以对表面的电子结构和拓扑形貌进行分析和显微观察。
扫描隧道显微镜的制备技术涉及到多个方面，包括尖端制备、样品制备和探测系统的搭建。
首先，尖端制备是制备扫描隧道显微镜不可或缺的一步。
常用的方法有机械断裂法和电化学腐蚀法。
机械断裂法是将一根金属丝折断，使其末端形成尖端结构，常用的金属有铂铱合金。
电化学腐蚀法则是通过在电解液中腐蚀尖端材料来制备尖端。
这两种方法制备出的尖端直径一般为1-10纳米，且需要在真空条件下进行。
其次，样品的制备也是扫描隧道显微镜研究中的重要步骤。
制备样品需要考虑到其几何形状和电导特性。
通常，我们可以使用化学气相沉积、物理气相沉积、溅射沉积等方法制备样品。
这些方法可以制备出晶体、薄膜和纳米颗粒等不同形式的样品。
最后，搭建扫描隧道显微镜的探测系统是整个研究的核心。
探测系统主要包括扫描器、样品台和信号采集与处理系统。
扫描器用于控制尖端在样品表面的位置，实现对样品进行扫描。
样品台则用于固定样品并提供电流给样品。
信号采集与处理系统用于测量和处理电流信号，并通过计算机进行数据的可视化和分析。
总结起来，扫描隧道显微镜的原理是基于量子隧道效应，利用电流强度和偏置电压的变化来观察固体表面的原子和分子结构。
其制备技术包括尖端制备、样品制备和探测系统搭建。
扫描隧道显微镜与原子力显微镜原理及应用介绍 ppt课件
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4.STM的应用
“看见”了以前所看不到的东西 STM具有惊人的分辨本领，水平分辨率小于0.1纳米，垂直分辨率小于0.001纳米。 一般来讲，物体在固态下原子之间的距离在零点一到零点几个纳米之间。在扫 描隧道显微镜下，导电物质表面的原子、分子状态清晰可见。
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4.STM的应用
在分子水平上构造电子学器件 一般情况下金属和半导体材料具有正的电导，即流过材料的电流随着所施加的电压的 增大而增加。但在单分子尺度下，由于量子能级与量子隧穿的作用会出现新的物理现 象──负微分电导。中国科技大学的科学家仔细研究了基于C60分子的负微分电导现象。 他们利用STM针尖将吸附在有机分子层表面的C60分子“捡起”，然后再把C60移到另 一个C60分子上方。这时，在针尖与衬底上的C60分子之间加上电压并检测电流，他 们获得了稳定的具有负微分电导效应的量子隧穿结构。这项工作通过对单分子操纵构 筑了一种人工分子器件结构。这类分子器件一旦转化为产品，将可广泛的用于快速开 关、震荡器和锁频电路等方面，这可以极大地提高电子元件的集成度和速度。
1990年，IBM公司的科学家展 示了一项令世人震惊的成果， 他们在金属镍表面用35个惰性 气体原子组成“IBM”三个英文 字母。
世界首例STM原子ppt课操件纵
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4.STM的应用
单分子化学反应已经成为现实 单原子、单分子操纵在化学上是一个极具诱惑力且具有潜在应用 “选键化学”，可 以对分子内的化学键进行选择性的加工。 一个直观的例子是由Park等人完成的，他们将碘代苯分子吸附在Cu单晶表面的原子台 阶处，再利用STM针尖将碘原子从分子中剥离出来，然后用STM针尖将两个苯活性基 团结合到一起形成一个联苯分子，完成了一个完整的化学反应过程。
扫描隧道显微镜的工作原理与应用
扫描隧道显微镜的工作原理与应用扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，简称STM）是一种利用量子隧穿效应的高分辨率显微镜。
它采用的是一根极细的金属探头和样品之间的隧穿电流来获取样品表面的信息。
STM具有非常高的分辨率，能够在原子尺度下的样品表面进行观测和操纵，因此在材料科学、表面物理、纳米技术等领域有着广泛的应用。
一、工作原理STM的工作基于量子力学中的隧穿效应。
隧穿效应是一种粒子从一个区域超越到另一个区域的现象。
在STM中，金属探头和样品之间形成一个电势差，并使用一个反馈电路来保持电流恒定。
隧穿电流是通过探头和样品之间的隧穿效应产生的。
探头与样品之间的距离非常小，约为几个纳米，隧穿电流的大小取决于两者之间的距离。
当探头在样品表面上移动时，由于样品表面具有不同的高度和电性特征，因此隧穿电流的大小也会发生变化。
这种变化通过反馈电路测量并转换为高度和电性的信息，然后通过计算机处理并呈现出来。
样品表面的信息在计算机中显示为一个图像。
二、应用A.材料科学STM被广泛应用于材料科学领域，如表征材料表面和分析材料电子结构等。
在纳米材料研究中，STM可以检测材料中的特定原子和分子，并且可以通过组装单个原子或分子来设计新的材料。
B.表面物理STM是表面物理学中非常有用的工具。
它可以研究各种表面效应，例如表面扭转、重排和易于惯性传输的晶格振动模式。
此外，STM还可以用于表面缺陷和缺失等杂质的检测和定位。
C.纳米技术STM在纳米技术领域具有广泛应用。
纳米材料、纳米结构的制备和表征在纳米技术领域是非常重要的。
通过STM可以定量地观察单个原子和分子，这对于设计和制备纳米材料和纳米器件非常有帮助。
D.生物学STM可以在原子和分子的尺度上进行生物学实验。
在生物领域，STM可用于研究DNA分子的结构和功能，以及在膜结构中的蛋白质微区域中检测生物分子等。
E.电子学STM还可以用作电子学中的电极，例如调制电流分布、表征器件中的界面和自旋极化等方法。
扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜摘要：作为研究物质微观结构的有力工具，扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy）与其它种类的显微镜相比，它的分辨本领却可以达到10-10 米。
以量子力学为基础的扫描隧道显微镜，可以在大气、液体、真空状态下工作，可以在4.2 K 到1000 K之间的温度下工作；并且对样品也无特殊要求，可以测量单晶、多晶、非晶等样品表面；特别是扫描隧道显微镜可以与其他实验设备结合，应用更加有效、灵活.因此，扫描隧道显微镜在物理学、化学、生物学、纳米材料等领域中都得到了深入而广泛的应用，并取得了一系列重要的研究成果。
关键词：扫描隧道显微镜；隧道效应1 扫描隧道显微镜（STM）简介在探索微观世界的过程中，人类就通过不懈努力希望观测到物质的微观世界。
17世纪,世界上第一台光学显微镜发明成功，并且利用这台显微镜，人类首次观察到了细胞的结构，从而开始人类使用仪器研究微观世界的新时代[1]。
但是，由于受光波波长的限制，光学显微镜的分辨率只能达到10-6米—10-7米。
20 世纪初，利用电子透镜使电子束聚焦的原理，成功的发明了电子显微镜，它的分辨本领达到了10-8米。
有了电子显微镜，比细胞小的多的病毒也露出了原形.增强了人们观察微观世界的能力。
1982 年，格尔德·宾宁（G．Binning）及海因里希·罗雷尔（H ．Rohrer ）在IBM 位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明了，世界上第一台具有原子分辨率的扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope ）。
两位发明者因此与恩斯特·鲁斯卡分享了1986 年诺贝尔物理学奖[2]。
利用量子力学中隧道效应的扫描隧道显微镜， 它的分辨本领甚至达到了10-10米。
2 扫描隧道显微镜（STM ）的原理根据量子理论中的隧道效应，电子有几率穿过势垒，而形成隧道电流.扫描隧道显微镜（STM ）就是利用这一原理制成的.将被研究的物质（必须是导体）表面和探针作为两个电极，当样品与针尖的距离介于1nm 左右时，在外加电压的作用下，电子会穿过这个因为距离形成的势垒而向另一端运动，形成隧道电流I.这个电流满足如下关系：)exp(2/1S l KV I φ-=其中，K ，l 是常数；V 是施加在探针和样品之间的电压；Φ是探针和样品的平均功函数， 它和探针、样品的材料功函数有关,Φ≈Φ1+Φ2；S 是探针和样品间的距离。
扫描电镜、透射电镜、扫描隧道显微镜.doc
扫描电子显微镜扫描电子显微镜(scanning electron microscope),简称扫描电镜(SEM)o是一种利用电子束扫描样品表面从而获得样品信息的电子显微镜。
它能产生样品表面的高分辨率图像，且图像呈三维，打描电子显微镜能被用来鉴定样品的表面结构。
结构扫描电子显微镜由三人部分组成：真空系统，电子束系统以及成像系统。
真空系统真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。
真空柱是-个密封的柱形容器。
真空泵用来在真空柱内产生真空。
有机械泵、油扩散泵以及涡轮分了泵三人类，机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置餌枪的SEM的真空要求，但对于装配了场致发射枪或六硼化锢枪的SEM,则需要机械泵加涡轮分了泵的组合。
成像系统和电子束系统均内置在真空柱中。
之所以要用真空，主要基于以下两点原因：•电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除了在使用SEM时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱。
•为了增大电子的平均自由程，从而使得用于成像的电子更多。
电子束系统电子束系统由电子枪和电磁透镜两部分组成，主要用于产生一束能量分布极窄的、电子能量确定的电子束用以扫描成像。
电子枪电子枪用于产生电子，主要有两大类，共三种。
一类是利用场致发射效应产生电了，称为场致发射电了枪。
这种电子枪极其昂贵，在十万美元以上，且需要小于的极高真空。
但它具有至少1000小时的寿命，且不需要电磁透镜系统。
另一类则是利用热发射效应产生电了，有钩枪和六硼化澜枪两种。
鹄枪寿命在30〜100小时之间，价格便宜，但成像不如其它两种明亮，常作为廉价或标准SEM配置。
六硼化澜枪寿命介于场致发射电子枪与鹄枪之间，为200〜1000小时，价格约为餌枪的十倍，图像比钩枪明亮5〜10倍，需要略高于钩枪的真空，一般在lCftorr以上；但比餌枪容易产生过度饱和与热激发问题。
电磁透镜热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的SEM上, 电磁透镜必不可少。
扫描隧道显微镜(STM)的原理和应用
扫描隧道显微镜（STM）的原理和应用【摘要】：本实验主要学习扫描隧道显微镜的工作原理，了解STM的基本仪器结构，掌握用电化学腐蚀方法制作STM探针，熟悉STM的数据采集并获取石墨的原子分辨像，分析所得扫描图像计算x、y方向压电陶瓷的电压灵敏度分别为14.53、15.6。
关键词：扫描隧道显微镜隧道效应石墨晶体一、实验引言：随着材料科学的不断进步，人们能够复制改良设计合成很多种材料。
为了能够探测到一些材料的表面形态，在20世纪80年代基于量子隧道效应，IBM公司的Binning博士、Rohrer博士及其同事研制成功了扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscopy，简称STM）。
两位发明者因此于1986年获得诺贝尔物理学奖。
STM技术的诞生使在纳米尺度范围探测材料的表面特性成为可能，这是因为STM 能够一个原子一个原子地将表面的几何结构和电子结构联系起来，实时地观察单个原子在物质表面的排列状态及与表面电子行为有关的物理、化学性质。
STM技术的最大优势在于可获得原子级的分辨率，通常它的分辨率在平行于表面的方向可达0.1纳米，在垂直于表面的方向可达0.01纳米，此外，STM还可实时地获得材料表面实空间的三维图像；可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是整个表面的平均性质；配合扫描隧道谱STS可以得到有关表面电子结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子势阱等。
在STM之后衍生出了原子力显微镜、磁力显微镜、近场光学显微镜等一系列新型非接触表面探针技术显微镜，使探针显微镜技术日趋完善，并在纳米科技领域中得到越来越广泛的应用。
二、实验原理：1、量子隧道效应在量子力学里，如果势能不是无限大，则在）（r V >E 的区域,薛定谔方程的解不一定为零，即一个入射粒子穿透一个）（r V >E 的有限区域的几率是非零的，这就是隧道效应。
利用图1可以说明隧道效应的物理意义，设图1（上）中为矩形势垒的高度，E 为粒子动能，如图1(下)所示，则势垒穿透厚度为z 的势垒去的几率P 可用下式表示：P （z ）k x 2-e ∝，其中k=）（E -0m 21ϕ（1）图1（上）高度为的矩阵势垒 图1（下）典型的矩形势垒的遂穿几率P （z ）隧道效应，就是指在两片金属间夹有极薄的绝缘层，当两端施加势能形成势垒V 时，导体中有动能E 的部分微粒子在E ＜V 的条件下，可以从绝缘层一侧通过势垒V 而达到另一侧的物理现象。
扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜（STM）的原理及其在纳米材料研究中的应用引言透射电子显微镜在观察物质的整体结构方面是很有用的，但在表面结构的分析上却较困难，这是因为透射电子显微镜是由高能电透过样品来获得信息的，反映的是样品物质的内部信息。
扫描电子显微镜（SEM）虽然能揭示一定的表面情况，但由于入射电子总具有一定能量，会穿入样品内部，因此分析的所谓“表面”总在一定深度上，而且分辨率也受到很大限制。
场发射电子显微镜（FEM）和场离子显微镜（FIM）虽然能很好地用于表面研究，但是样品必须特殊制备，只能置于很细的针尖上，并且样品还需能承受高强电场，这样就使它的应用范围受到了限制。
扫描隧道电子显微镜（STM）的工作原理完全不同，它不是通过电子束作用于样品（如透射和扫描电子显微镜）来获得关于样品物质的信息，也不是通过高电场使样品中的电子获得大于脱出功的能量而形成的发射电流成像（如场发射电子显微镜），并以此来研究样品物质，它是通过探测样品表面的隧道电流来成象，从而对样品表面进行研究。
STM技术的最大优势在于可获得原子级的分辨率，通常它的分辨率在平行于表面的方向可达0.1纳米，在垂直于表面的方向可达0.01纳米，此外，STM还可实时地获得材料表面实空间的三维图像；可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是整个表面的平均性质；配合扫描隧道谱STS可以得到有关表面电子结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子势阱等。
在STM之后衍生出了原子力显微镜、磁力显微镜、近场光学显微镜等一系列新型非接触表面探针技术显微镜，使探针显微镜技术日趋完善，并在纳米科技领域中得到越来越广泛的应用。
关键词：扫描隧道显微镜、量子隧道效应、纳米材料一、扫描隧道显微镜的介绍扫描隧道电子显微镜(scanningtunnelingmicroscope，STM)是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器，利用电子在原子间的量子隧穿效应，将物质表面原子的排列状态转换为图像信息的。
扫描隧道显微镜技术以原子尺度分辨表面形貌
扫描隧道显微镜技术以原子尺度分辨表面形貌扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，简称STM）是一种基于量子力学原理的显微镜技术，能够以原子尺度的分辨率观察和操纵物质表面的形貌。
它是由冯·金斯伯格于1981年发明的，凭借着其出色的分辨能力，对固体材料、化学和物理等领域的研究有着深远的影响。
STM的工作原理基于所谓的隧道效应，这是量子力学中的一种现象。
当在固体表面上移动一个非导电探针时，由于探针和表面之间存在一定的电压差，电子可以通过量子隧道效应穿过空隙传导出去。
探针的运动轨迹和电流强度可以提供有关表面形貌和物理性质的珍贵信息。
为了在STM中获得原子尺度的分辨率，需要一根非常尖锐的探针。
常用的探针材料包括钨和铂铱合金。
探针与表面的距离通常在纳米量级，由于量子隧道效应的限制，探针与表面之间的距离需要保持一定的范围内。
通过测量隧道电流的变化，STM可以绘制出物体表面的原子级形貌。
这种图像通常以灰度图的形式呈现，其中不同的灰度值代表了表面的高度差异。
通过调整探针和表面之间的距离，可以实现非常精确的高度控制，甚至可以在原子级别上操纵物体表面的原子。
除了表面形貌的观察，STM还可以用于研究材料的电子结构。
通过在表面施加外部电压，可以观察到电子在物体表面的运动，从而探索材料的导电性质和能带结构。
扫描隧道显微镜技术在材料科学、纳米科学和凝聚态物理等领域发挥着重要作用。
它不仅可以用于观察材料的表面形貌和电子结构，还可以用于研究材料的磁性、化学反应和生物分子等方面。
通过STM的应用，科学家们可以更好地理解和设计新的材料，推动纳米技术的发展和应用。
然而，扫描隧道显微镜技术也存在着一些局限性。
首先，由于几何限制和电磁干扰，STM只能用于观察导电或半导体材料表面。
其次，由于材料表面可能存在的污染物或氧化层，实际样品的表面形貌可能与理想情况有所差异。
此外，STM的操作和数据分析都需要高度的专业知识和技术储备，对操作者的技能有一定的要求。
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大物仿真实验报告
——电子扫描隧道显微镜
班级：
学号：
姓名：
一.实验目的
1. 学习和了解扫描隧道显微镜的原理和结构；
2. 观测和验证量子力学中的隧道效应；
3. 学习扫描隧道显微镜的操作和调试过程，并以之来观测样品的表面形貌；
4. 学习用计算机软件处理原始图象数据。
二．实验原理
原子的概念至少可以追溯到一千年前的德莫克利特时代，但在漫长的岁月中，原子还只是假设而并非可观测到的客体. 人的眼睛不能直接观察到比10-4m更小的物体或物质的结
构细节，光学显微镜使人类的视觉得以延伸，人们可以观察到像细菌、细胞那样小的物体，但由于光波的衍射效应，使得光学显微镜的分辨率只能达到10-7m
电子显微镜的发明开创了物质微观结构研究的新纪元，扫描电子显微镜（SEM）的分辨率为10-9m，而高分辨透射电子显微镜（HTEM）和扫描透射电子显微镜STEM）可以达到原子级的分辨率——0．1nm，但主要用于薄层样品的体相和界面研究，且要求特殊的样品制备技术和真空条件．
场离子显微镜（FIM）是一种能直接观察表面原子的研究装置，但只能探测半径小于100 nm的针尖上的原子结构和二维几何性质，且样品制备复杂，可用来作为样品的材料也十分有限. X射线衍射和低能电子衍射等原子级分辨仪器，不能给出样品实空间的信息，且只限于对晶体或周期结构的样品进行研究．
与其他表面分析技术相比，STM具有如下独特的优点：
具有原子级高分辨率，STM 在平行于样品表面方向上的分辨率分别可达0．1nm 和0．01 nm，即可以分辨出单个原子．
可实时得到实空间中样品表面的三维图像，可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构的研究，这种可实时观察的性能可用于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，而不是对体相或整个表面的平均性质，因而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．
可在真空、大气、常温等不同环境下工作，样品甚至可浸在水和其他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．这些特点特别适用于研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的评价，例如对于多相催化机理、超一身地创、电化学反应过程中电极表面变化的监测等。
配合扫描隧道谱（STS）可以得到有关表面电子结构的信息，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．
利用STM针尖，可实现对原子和分子的移动和操纵，这为纳米科技的全面发展奠定了基础．
1.隧道电流
扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope)的工作原理是基于量子力学中的隧道
效应。
对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低于前方势垒的高度V0时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。
而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不等于零，也就是说，粒子可以穿过比它能量更高的势垒(如图1)这个现象称为隧道效应。
隧道效应是由于粒子的波动性而引起的，只有在一定的条件下，隧道效应才会显著。
经计算，
透射系数T为：
由式(1)可见，T与势垒宽度a，能量差(V0-E)以及粒子的质量m有着很敏感的关系。
随着势垒厚(宽)度a的增加，T将指数衰减，因此在一般的宏观实验中，很难观察到粒子隧穿势垒的现象。
扫描隧道显微镜的基本原理是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近(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是电子波函数重叠的量度，与针尖和样品之间距离S以及平均功函数Φ有关：式中Vb是加在针尖和样品之间的偏置电压，平均功函数
Φ1和Φ2分别为针尖和样品的功函数，A为常数，在真空条件下约等于1。
隧道探针一般采用直径小于1mm的细金属丝，如钨丝、铂-铱丝等，被观测样品应具有一定的导电性才可以产生隧道电流。
2.扫描隧道显微镜的工作原理
由式(2)可知，隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。
因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对x-y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图，这就是扫描隧道显微镜的工作原理。
扫描隧道显微镜主要有两种工作模式：恒电流模式和恒高度模式。
恒电流模式：如图（a）所示
x-y方向进行扫描，在z方向加上电子反馈系统，初始隧道电流为一恒定值，当样品表面凸起时，针尖就向后退；反之，样品表面凹进时，反馈系统就使针尖向前移动，以控制隧道电流的恒定。
将针尖在样品表面扫描时的运动轨迹在记录纸或荧光屏上显示出来，就得到了样品表面的态密度的分布或原子排列的图象。
此模式可用来观察表面形貌起伏较大的样品，而且可以通过加在z方向上驱动的电压值推算表面起伏高度的数值。
恒高度模式：如图(b)所示
在扫描过程中保持针尖的高度不变，通过记录隧道电流的变化来得到样品的表面形貌信息。
这种模式通常用来测量表面形貌起伏不大的样品。
三．实验仪器
STM 扫描隧道显微镜，STM控制器，STM控制软件
STM 扫描隧道显微镜STM控制器
STM控制软件
四．实验操作方法
1. 打开软件。
2. 单击鼠标右键弹出菜单，选择“开始实验”。
3. 单击鼠标右键，选择“操作STM”。
4. 在样品承载台上单击鼠标左键，选择合适的样品(高序石墨)。
5. 鼠标点击承载台下面的调节旋钮进行调节，让针尖尽量接近样品表面，注意不要损坏针尖。
6. 双击STM控制器，单击电源按钮，打开STM控制器开关。
7. 双击电脑，打开STM控制软件。
8. 打开“Z高度”和“马达高级控制面板”。
9. 点击“连续进”，找到扫描控制区。
10. 使用“单步进”，让Z高度电流稳定在-30 – 30V之间。
11. 关闭高级马达控制面板，点击“新建高度图像”。
12. 设置“高度控制”的显示范围为1nm，“扫描控制面板”的扫描范围为5nm。
13. 点击“开始/停止扫描图像”，即可扫出高序石墨的原子图谱。
五．实验结果和数据处理
高序石墨扫描图像：
相关参数表：
六．实验结论和误差分析
实验结论：
通过扫描隧道显微镜的命名出发了解了其基本原理，从本质上理解了扫描隧道显微镜的作用，实验中在一步步的摸索中明白了每一步实验步骤的目的。
运用具有原子分辨率的实验仪器观察了高序石墨的表面形貌，使我们有机会通过自己的努力获得原子排列图
误差分析：
1. 仪器本身的系统误差。
2. 可能由于实验仪器对于隧道电流的分辨率问题导致形貌图和本身原子排列有偏差。
3. 在调节计算机软件相关参数时出现的偏差
七．思考题
1.扫描隧道显微镜的工作原理是什么？什么是量子隧道效应？
答:
根据隧道电流
S为针尖与样品距离，隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。
因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对x-y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图，这就是扫描隧道显微镜的工作原理。
对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低于前方势垒的高度V0时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。
而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不等于零，也就是说，粒子可以穿过比它能量更高的势垒这个现象称为隧道效应。
2.扫描隧道显微镜主要常用的有哪几种扫描模式？各有什么特点？
答：
扫描隧道显微镜主要有两种工作模式：恒电流模式和恒高度模式。
恒电流模式：如图（a）所示
x-y方向进行扫描，在z方向加上电子反馈系统，初始隧道电流为一恒定值，当样品表面凸起时，针尖就向后退；反之，样品表面凹进时，反馈系统就使针尖向前移动，以控制隧道电流的恒定。
将针尖在样品表面扫描时的运动轨迹在记录纸或荧光屏上显示出来，就得到了样品表面的态密度的分布或原子排列的图象。
此模式可用来观察表面形貌起伏较大的样品，而且可以通过加在z方向上驱动的电压值推算表面起伏高度的数值。
恒高度模式：如图(b)所示
在扫描过程中保持针尖的高度不变，通过记录隧道电流的变化来得到样品的表面形貌信息。
这种模式通常用来测量表面形貌起伏不大的样品。
3.仪器中加在针尖与样品间的偏压是起什么作用的？针尖偏压的大小对实验结果何影响？答:
根据公式
Vb为起偏电压，将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近(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，形成隧道电流，从而根据不同位置隧道电流和探针与物品距离的上述关系绘出表面三维形貌图。
只有在一定的条件下，隧道效应才会显著，根据上面的公式，由于仪器电流大小分辨率的限制，在针尖偏压Vb较大的情况下，隧道电流改变比较明显，可以绘出更精细，分辨率更高的表面形貌图。
4. 实验中隧道电流设定的大小意味着什么？
答:
电流设定”的数值意味着恒电流模式中要保持的恒定电流，也代表着恒电流扫描过程中针尖与样品表面之间的恒定距离。
该数值设定越大，这一恒定距离也越小。