میکروسکوپ تونلی روبشی: تفاوت میان نسخه‌ها

محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده

درخط

نسخهٔ ‏۲۵ ژانویهٔ ۲۰۲۱، ساعت ۲۰:۰۱

میکروسکوپ تونلی روبشی ( STM ) ابزاری برای تصویربرداری از سطوح، در مقیاس اتمی است. این وسیله در سال 1981 اختراع شد و مخترعان آن، گرد بینگ و هاینریش روهرر،در IBM زوریخ ، جایزه نوبل فیزیک را در سال 1986 را به دست آوردند. ^[۱] ^[۲] ^[۳] STM با استفاده از یک نوک رسانای بسیار تیز که می‌تواند اجسام کوچکتر از 0.1 را تشخیص دهد، با وضوح 0.01 نانومتر، عمق سطح را حس می کند.(10 پیکومتر ) این بدان معنی است که می‌توان به طور معمول از اتم‌ها تصویربرداری و حتی آنهارا دستکاری کرد. بیشتر میکروسکوپ ها برای استفاده در شرایط ultra-high vacuum، در دمای نزدیک به صفر کلوین ساخته شده اند ، اما امروزه انواع مختلفی برای مطالعات در هوا ، آب و سایر محیط ها و حتی دماهای بیش از 1000درجه سانتیگراد وجود دارد. ^[۴]

نحوه عملکرد میکروسکوپ تونلی روبشی(STM)

STM بر اساس مفهوم تونل زنی کوانتومی ساخته شده است . هنگامی که نوک بسیار نزدیک به سطح مورد بررسی قرار می گیرد ، ولتاژ بایاس اعمال شده بین این دو اجازه می دهد تا الکترون ها عبور کنند.این جریان حاصل تابعی از موقعیت نوک ، ولتاژ اعمال شده و چگالی محلی حالت ها (LDOS) نمونه است. اطلاعات با پردازش جریانی که از نوک آن اسکن می شود، بدست می آیند و معمولاً به شکل تصویر نمایش داده می شوند.

در واقع روش معروف به طیف سنجی تونلی کوانتومی،که شامل نگه داشتن نوک در یک موقعیت ثابت و بالاتر از سطح است و با تغییر ولتاژ بایاس و ثبت تغییرات حاصل در جریان . با استفاده از این روش می توان چگالی محلی حالت های الکترونیکی را بازسازی کرد. ^[۵] این کار گاهی در میدان های مغناطیسی بالا و در حضور ناخالصی ها انجام می شود تا خصوصیات و فعل و انفعالات الکترون در ماده مورد مطالعه را استنباط و بررسی کند.

میکروسکوپ اسکن تونلی روبشی می تواند یک روش چالش برانگیز باشد، زیرا به سطوح بسیار تمیز و پایدار ، نوک تیز ، ایزولاسیون عالی در برابر لرزش (سطحی بدون هیچ گونه لرزش و نوسان) و الکترونیک پیشرفته نیاز دارد. با این وجود ، بسیاری از علاقه مندان از این میکروسکوپ ها استفاده می کنند. ^[۶]

روش

نوک توسط مکانیزم موقعیت یابی که معمولاً از نظر بصری کنترل می شود ، به نمونه نزدیک می شود. در فاصله نزدیک ، کنترل دقیق موقعیت نوک با توجه به سطح نمونه توسط لوله های اسکنر پیزوالکتریک حاصل می شود که می توان با کنترل ولتاژ، طول آنها را تغییر داد. ولتاژ بایاس بین نمونه و نوک اعمال می شود و اسکنر به تدریج روی سطح کشیده می شود تا زمانی که نوک شروع به دریافت جریان تونلی کند. فاصله نوک نمونه، Wدر جایی در 4-7 Å

(0.4-0.7 nm) نانومتر نگه داشته می شود.این محدوده، کمی بالاتر از ارتفاعیست که در آن نوک STM برهم کنش از نوع دافعه را تجربه می کند. (W <3A)، اما هنوز هم در این منطقه برهم کنش از نوع جذب وجود دارد (3 < w <10Å). جریان تونلی ، در محدوده sub-nanoampere ،در نزدیک ترین حالت ممکن به اسکنر، تقویت می شود. پس از ایجاد اثر تونلی ، میزان انحراف و موقعیت نوک نسبت به نمونه، با توجه به نیازهای آزمایش متفاوت است.

همانطور که نوک STM در یک ماتریس گسسته x-y روی سطح حرکت می کند، تغییرات در ارتفاع سطح و تراکم الکترونی باعث تغییر در جریان تونلی می شود. تصاویر دیجیتالی سطح به یکی از دو روش زیر تشکیل می شوند: در حالت ارتفاع ثابت، تغییرات جریان تونلی به طور مستقیم ترسیم می شود، در حالی که در حالت جریان ثابت، ولتاژ کنترل کننده ارتفاع ( z) نوک ثبت می شود در حالی که جریان تونلی در یک سطح از پیش تعیین شده نگهداری می شود.

در حالت جریان ثابت، بازخورد الکترونیکی ارتفاع را با اعمال ولتاژ به مکانیسم کنترل ارتفاع پیزوالکتریک تنظیم می کند. اگر در مقطعی جریان تونلی زیر سطح تنظیم شده باشد ، نوک آن به سمت نمونه منتقل می شود و بالعکس. این حالت نسبتاً آهسته است زیرا الکترونیک نیاز به بررسی جریان تونل زنی و تنظیم ارتفاع در یک حلقه بازخورد در هر نقطه اندازه گیری شده سطح دارد. وقتی سطح از نظر اتمی صاف باشد ، ولتاژ اعمال شده به اسکنر به طور عمده تغییرات در چگالی بار محلی را منعکس می کند. اما هنگامی که یک مرحله اتمی مشاهده می شود ، یا هنگامی که سطح به دلیل بازسازی کمان می شود ، ارتفاع اسکنر نیز به دلیل توپوگرافی کلی باید تغییر کند. تصویری که از ولتاژهای اسکنر z ایجاد شده است برای ثابت نگه داشتن جریان تونل زنی در حالی که نوک سطح را اسکن می کند ، حاوی داده های توپوگرافی و چگالی الکترون است. در بعضی موارد ممکن است مشخص نباشد که آیا تغییرات ارتفاع در نتیجه یکی رخ داده است یا دیگری.

در حالت ارتفاع ثابت ، ولتاژ z-اسکنر ثابت نگه داشته می شود زیرا اسکنر به جلو و عقب در سطح چرخش می یابد و جریان تونل زنی ، به طور نمایی وابسته به فاصله ، نقشه برداری می شود. این روش عملکرد سریعتر است ، اما در سطوح ناهموار ، جایی که ممکن است مولکولهای جذب زیادی وجود داشته باشد ، یا برجستگی ها و نخلستان ها ، نوک در خطر خراب شدن است.

اسکن شطرنجی نوک از ماتریس 128 128 128 تا 1024 × 1024 (یا بیشتر) است و برای هر نقطه از رستر یک مقدار واحد بدست می آید. تصاویر تولید شده توسط STM در مقیاس خاکستری هستند ، و رنگ فقط برای پردازش پس از پردازش به منظور تأکید بصری بر ویژگی های مهم اضافه می شود.

علاوه بر اسکن کردن روی نمونه ، می توان با جارو کردن ولتاژ بایاس (همراه با یک مدولاسیون کوچک AC برای اندازه گیری مستقیم مشتق) و اندازه گیری تغییر جریان در یک مکان خاص ، اطلاعات مربوط به ساختار الکترونی را در یک مکان مشخص در نمونه بدست آورد. به این نوع اندازه گیری ، طیف سنجی تونل زنی اسکن (STS) گفته می شود و به طور معمول نتیجه ای در نمودار چگالی موضعی حالت ها به عنوان تابعی از انرژی الکترون ها در نمونه است. مزیت STM نسبت به سایر اندازه گیری های تراکم حالت ها در توانایی آن برای انجام اندازه گیری های بسیار محلی است. به این ترتیب است که می توان به عنوان مثال ، تراکم حالت ها در یک محل ناخالصی را با تراکم حالات اطراف ناخالصی و سایر نقاط سطح مقایسه کرد. ^[۷]

ابزار دقیق

اجزای اصلی میکروسکوپ تونلینگ روبشی نوک اسکن ، ارتفاع پیزوالکتریک کنترل شده (محور z) و اسکنر جانبی (محورهای x و y) و مکانیسم درشت نمونه به نوک است. میکروسکوپ توسط الکترونیک اختصاصی و کامپیوتر کنترل می شود. این سیستم بر روی سیستم ایزولاسیون ارتعاش پشتیبانی می شود.

گالری تصاویر STM

جزایر نقره ای با ضخامت یک اتم در تراسهای سطح (111) پالادیوم رشد می کنند. اندازه تصویر 250 است نانومتر در 250 نانومتر
حاشیه های بازسازی مشخصه سطح (100) طلا 1.44 نانومتر عرض دارند و از شش ردیف اتمی تشکیل شده اند که در بالای پنج ردیف کریستال قرار دارند. اندازه تصویر تقریباً 10 است نانومتر در 10 نانومتر
A 7 بخشی به طول نانومتر از یک نانولوله کربنی تک جداره.
اتمهای سطح کریستال کاربید سیلیکون (SiC) در یک شبکه شش ضلعی مرتب شده و 0.3 هستند نانومتر از هم فاصله دارند.
نانو دستکاری STM از مولکولهای PTCDA بر روی گرافیت برای نوشتن آرم مرکز علوم نانو (CeNS) ، مونیخ.

منابع

↑ Binnig G, Rohrer H (1986). "Scanning tunneling microscopy". IBM Journal of Research and Development. 30 (4): 355–69. doi:10.1016/0039-6028(83)90716-1.
↑ Binnig G, Rohrer H (1987-07-01). "Scanning tunneling microscopy---from birth to adolescence". Reviews of Modern Physics. 59 (3): 615–625. Bibcode:1987RvMP...59..615B. doi:10.1103/RevModPhys.59.615.
↑ Press release for the 1986 Nobel Prize in physics
↑ SPECS. "STM 150 Aarhus - High Stability Temperature Control" (PDF). specs.de. Retrieved 23 February 2017.
↑ Voigtländer, Bert (2015), Voigtländer, Bert (ed.), "Scanning Tunneling Spectroscopy (STS)", Scanning Probe Microscopy: Atomic Force Microscopy and Scanning Tunneling Microscopy, NanoScience and Technology (به انگلیسی), Berlin, Heidelberg: Springer: 309–334, doi:10.1007/978-3-662-45240-0_21, ISBN 978-3-662-45240-0, retrieved 2020-10-15
↑ "STM References - Annotated Links for Scanning Tunneling Microscope Amateurs". Retrieved July 13, 2012.
↑ Pan SH, Hudson EW, Lang KM, Eisaki H, Uchida S, Davis JC (February 2000). "Imaging the effects of individual zinc impurity atoms on superconductivity in Bi2Sr2CaCu2O8+delta". Nature. 403 (6771): 746–50. arXiv:cond-mat/9909365. Bibcode:2000Natur.403..746P. doi:10.1038/35001534. PMID 10693798.

Chen CJ (1993). Introduction to Scanning Tunneling Microscopy (PDF). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-507150-4.
Wiesendanger R (1994). Scanning probe microscopy and spectroscopy: methods and applications. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-42847-7.
Wiesendanger R, Güntherodt HJ, eds. (1996). Scanning Tunneling Microscopy III – Theory of STM and Related Scanning Probe Methods. Springer Series in Surface Sciences. Vol. 29. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. doi:10.1007/978-3-642-80118-1. ISBN 978-3-540-60824-0.
Bai C (2000). Scanning tunneling microscopy and its applications. New York: Springer Verlag. ISBN 978-3-540-65715-6.
Voigtländer B (2015). Scanning Probe Microscopy. NanoScience and Technology (به انگلیسی). Bibcode:2015spma.book.....V. doi:10.1007/978-3-662-45240-0. ISBN 978-3-662-45239-4. ISSN 1434-4904. S2CID 94208893.
Lounis S (2014-04-03). "Theory of Scanning Tunneling Microscopy". arXiv:1404.0961 [cond-mat.mes-hall].
Binnig G, Rohrer H, Gerber C, Weibel E (1983-01-10). "7 × 7 Reconstruction on Si(111) Resolved in Real Space". Physical Review Letters (به انگلیسی). 50 (2): 120–123. Bibcode:1983PhRvL..50..120B. doi:10.1103/PhysRevLett.50.120. ISSN 0031-9007.
Binnig G, Rohrer H, Gerber C, Weibel E (1982-07-05). "Surface Studies by Scanning Tunneling Microscopy". Physical Review Letters (به انگلیسی). 49 (1): 57–61. Bibcode:1982PhRvL..49...57B. doi:10.1103/PhysRevLett.49.57. ISSN 0031-9007.
Binnig G, Rohrer H, Gerber C, Weibel E (1982-01-15). "Tunneling through a controllable vacuum gap". Applied Physics Letters (به انگلیسی). 40 (2): 178–180. Bibcode:1982ApPhL..40..178B. doi:10.1063/1.92999. ISSN 0003-6951.
Bardeen J (1961-01-15). "Tunnelling from a Many-Particle Point of View". Physical Review Letters (به انگلیسی). 6 (2): 57–59. Bibcode:1961PhRvL...6...57B. doi:10.1103/PhysRevLett.6.57. ISSN 0031-9007.
Tersoff J, Hamann DR (January 1985). "Theory of the scanning tunneling microscope". Physical Review. B, Condensed Matter. 31 (2): 805–813. Bibcode:1985PhRvB..31..805T. doi:10.1103/PhysRevB.31.805. PMID 9935822.
Chen CJ (July 1990). "Origin of atomic resolution on metal surfaces in scanning tunneling microscopy". Physical Review Letters. 65 (4): 448–451. Bibcode:1990PhRvL..65..448C. doi:10.1103/PhysRevLett.65.448. PMID 10042923.
Fujita D, Sagisaka K (January 2008). "Active nanocharacterization of nanofunctional materials by scanning tunneling microscopy". Science and Technology of Advanced Materials. 9 (1): 013003. Bibcode:2008STAdM...9a3003F. doi:10.1088/1468-6996/9/1/013003. PMC 5099790. PMID 27877921.

[Binnig-1] Binnig G, Rohrer H (1986). "Scanning tunneling microscopy". IBM Journal of Research and Development. 30 (4): 355–69. doi:10.1016/0039-6028(83)90716-1.

[2] Binnig G, Rohrer H (1987-07-01). "Scanning tunneling microscopy---from birth to adolescence". Reviews of Modern Physics. 59 (3): 615–625. Bibcode:1987RvMP...59..615B. doi:10.1103/RevModPhys.59.615.

[3] Press release for the 1986 Nobel Prize in physics

[4] SPECS. "STM 150 Aarhus - High Stability Temperature Control" (PDF). specs.de. Retrieved 23 February 2017.

[5] Voigtländer, Bert (2015), Voigtländer, Bert (ed.), "Scanning Tunneling Spectroscopy (STS)", Scanning Probe Microscopy: Atomic Force Microscopy and Scanning Tunneling Microscopy, NanoScience and Technology (به انگلیسی), Berlin, Heidelberg: Springer: 309–334, doi:10.1007/978-3-662-45240-0_21, ISBN 978-3-662-45240-0, retrieved 2020-10-15

[6] "STM References - Annotated Links for Scanning Tunneling Microscope Amateurs". Retrieved July 13, 2012.

[Pan-7] Pan SH, Hudson EW, Lang KM, Eisaki H, Uchida S, Davis JC (February 2000). "Imaging the effects of individual zinc impurity atoms on superconductivity in Bi2Sr2CaCu2O8+delta". Nature. 403 (6771): 746–50. arXiv:cond-mat/9909365. Bibcode:2000Natur.403..746P. doi:10.1038/35001534. PMID 10693798.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

@@ خط ۱: / خط ۱: @@
-{{نانوفناوری}}
-{{آزمایشات مواد فشرده}}
-[[پرونده:ScanningTunnelingMicroscope schematic.png|بندانگشتی|200px|چپ|نمای شماتیک یک میکروسکوپ تونلی روبشی]]
-'''میکروسکوپ تونلی روبشی''' {{به انگلیسی|STM:Scanning tunneling microscope}} گونه‌ای <!--ابر-->[[میکروسکوپ پراب روبشی]]<!--/ابر--> است که براساس روبش سطح [[رسانا]] به‌وسیلهٔ نوک بسیار باریک (در حد چند نانومتر) و تغییر در میزان [[جریان]] عبوری برحسب فاصله کار می‌کند.
-با این میکروسکوپ می‌توان نحوه آرایش اتم‌ها در سطح شبکه را به تصویر کشید. به عبارت دیگر تصویر ایجاد شده نشان دهنده آرایش فضایی نوار رسانش فلز یا نیمه هادی است.
-[[پرونده:Scanning tunneling microscope - ideal tip.svg|200px|چپ|بندانگشتی|تونل الکترون‌ها بین نوک و نمونه]]
-جریان در این گونه [[میکروسکوپ]] مستقیم (DC) است و جریان به صورت نمایی با فاصله نوک-نمونه رابطه دارد.
+[[پرونده:Atomic_resolution_Au100.JPG|جایگزین=|بندانگشتی| تصویر بازسازی در سطح تمیز [[شاخص میلر|(100)]] [[طلا]] .]]
-{{ویکی‌انبار-رده|Scanning tunneling microscope|میکروسکوپ تونلی روبشی}}
+'''میکروسکوپ تونلی روبشی''' ( '''STM''' ) ابزاری برای تصویربرداری از سطوح، در مقیاس اتمی است. این وسیله در سال 1981 اختراع شد و مخترعان آن، [[گرد بینینگ|گرد بینگ]] و [[هاینریش روهرر]]،در IBM زوریخ ، [[جایزه نوبل فیزیک]] را در سال 1986 را به دست آوردند. <ref name="Binnig">{{Cite journal|vauthors=Binnig G, Rohrer H|year=1986|title=Scanning tunneling microscopy|journal=IBM Journal of Research and Development|volume=30|issue=4|pages=355–69|doi=10.1016/0039-6028(83)90716-1}}</ref> <ref>{{Cite journal|vauthors=Binnig G, Rohrer H|date=1987-07-01|title=Scanning tunneling microscopy---from birth to adolescence|journal=Reviews of Modern Physics|volume=59|issue=3|pages=615–625|bibcode=1987RvMP...59..615B|doi=10.1103/RevModPhys.59.615|doi-access=free}}</ref> <ref>[http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1986/press.html Press release for the 1986 Nobel Prize in physics]</ref> STM با استفاده از یک نوک رسانای بسیار تیز که می‌تواند اجسام کوچکتر از 0.1 را تشخیص دهد، با وضوح 0.01 [[نانومتر]]، عمق سطح را حس می کند.(10 [[پیکومتر]] )  این بدان معنی است که می‌توان به طور معمول از اتم‌ها تصویربرداری  و حتی آنهارا دستکاری کرد. بیشتر میکروسکوپ ها برای استفاده در شرایط [[:en:Ultra-high_vacuum|ultra-high vacuum]]، در دمای نزدیک به [[صفر کلوین]] ساخته شده اند ، اما امروزه انواع مختلفی برای مطالعات در هوا ، آب و سایر محیط ها و حتی دماهای بیش از 1000[[درجه سانتیگراد]] وجود دارد.&nbsp;  <ref>{{Cite web|url=http://www.specs.de/cms/upload/PDFs/ApplNotes/STM/ANote_HSTC-STM.pdf|title=STM 150 Aarhus - High Stability Temperature Control|last=SPECS|website=specs.de|accessdate=23 February 2017}}</ref>
+[[File:Scanning_Tunneling_Microscope.ogv|بندانگشتی|نحوه عملکرد میکروسکوپ تونلی روبشی(STM)]]
+STM بر اساس مفهوم [[تونل زنی کوانتومی]] ساخته شده است . هنگامی که نوک بسیار نزدیک به سطح مورد بررسی قرار می گیرد ، ولتاژ [[بایاس کردن|بایاس]] اعمال شده بین این دو اجازه می دهد تا [[الکترون|الکترون ها]] عبور کنند.این جریان حاصل تابعی از موقعیت نوک ، ولتاژ اعمال شده و [[تراکم ایالات|چگالی محلی حالت ها]] (LDOS) نمونه است. اطلاعات با پردازش جریانی که از نوک آن اسکن می شود، بدست می آیند و معمولاً به شکل تصویر نمایش داده می شوند.
+در واقع روش معروف به طیف سنجی تونلی کوانتومی،که شامل نگه داشتن نوک در یک موقعیت ثابت و بالاتر از سطح است و با تغییر ولتاژ بایاس و ثبت تغییرات حاصل در جریان . با استفاده از این روش می توان چگالی محلی حالت های الکترونیکی را بازسازی کرد. <ref>{{Citation|last=Voigtländer|first=Bert|title=Scanning Tunneling Spectroscopy (STS)|date=2015|url=https://doi.org/10.1007/978-3-662-45240-0_21|journal=Scanning Probe Microscopy: Atomic Force Microscopy and Scanning Tunneling Microscopy|pages=309–334|editor-last=Voigtländer|editor-first=Bert|series=NanoScience and Technology|place=Berlin, Heidelberg|publisher=Springer|language=en|doi=10.1007/978-3-662-45240-0_21|isbn=978-3-662-45240-0|access-date=2020-10-15}}</ref> این کار گاهی در میدان های مغناطیسی بالا و در حضور ناخالصی ها انجام می شود تا خصوصیات و فعل و انفعالات الکترون در ماده مورد مطالعه را استنباط و بررسی کند.
-== تاریخچه ==
-اختراع '''میکروسکوپ تونلی روبشی''' در سال ۱۹۸۲ توسط بنیگ (G. Bennig) و روهرر (H. Rohrer) بود که جایزه نوبل فیزیک در سال ۱۹۸۶ برای این اختراع به آنان اختصاص یافت.<ref>G. Binnig and H. Rohrer: ‘Scanning tunneling microscopy’ Helv. Phys. Acta 55, 726-735 (1982)</ref> اولین و مهم‌ترین شاخه‌ای که از میکروسکوپ تونلی روبشی توسعه یافت، [[میکروسکوپ نیرویی روبشی]] {{به انگلیسی|SFM:Scanning Force microscope}} بود که در سال ۱۹۸۶ توسط بنیگ (Binnig)، کوئت (Quate) و گربر (Gerber) اختراع شد. [[میکروسکوپ نیرویی روبشی]] اصولاً قادر به تعیین توپوگرافی انواع سطوح، شامل هادی و غیرهادی، می‌باشد. بر مبنای این فرض که در این دستگاه، نیروهای بین اتم‌های نوک سوزن و اتم‌های سطح نمونه، قدرت تفکیک آن را تعیین می‌کنند، معمولاً آن را [[میکروسکوپ نیروی اتمی]] {{به انگلیسی|AFM:atomic force microscope}} می‌نامند.<ref>Meyer, Ernst, Hug, Hans J. , Bennewitz, Roland, “Scanning Probe Microscopy: The Lab on a Tip”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2004</ref>
+میکروسکوپ اسکن تونلی روبشی می تواند یک روش چالش برانگیز باشد، زیرا به سطوح بسیار تمیز و پایدار ، نوک تیز ، ایزولاسیون عالی در برابر لرزش (سطحی بدون هیچ گونه لرزش و نوسان) و الکترونیک پیشرفته نیاز دارد. با این وجود ، بسیاری از علاقه مندان از این میکروسکوپ ها استفاده می کنند. <ref>{{Cite web|url=http://www.e-basteln.de/index_r.htm|accessdate=July 13, 2012|title=STM References - Annotated Links for Scanning Tunneling Microscope Amateurs}}</ref>
-== جستارهای وابسته ==
-* [[میکروسکوپ]]
-* <!--ابر-->[[میکروسکوپ پراب پویشی]]<!--/ابر-->
-* [[میکروسکوپ نیروی اتمی]]
+== روش ==
-{{پاک‌کن}}
+[[پرونده:Scanning_Tunneling_Microscope_schematic.svg|جایگزین=|بندانگشتی|300x300پیکسل| نمای شماتیک از یک STM.]]
+نوک توسط مکانیزم موقعیت یابی که معمولاً از نظر بصری کنترل می شود ، به نمونه نزدیک می شود. در فاصله نزدیک ، کنترل دقیق موقعیت نوک با توجه به سطح نمونه توسط لوله های اسکنر [[پیزوالکتریکی|پیزوالکتریک]] حاصل می شود که می توان با کنترل ولتاژ، طول آنها را تغییر داد. [[ولتاژ]] بایاس بین نمونه و نوک اعمال می شود و اسکنر به تدریج روی سطح کشیده می شود تا زمانی که نوک شروع به دریافت جریان تونلی کند. فاصله نوک نمونه، ''W''در جایی در 4-7 [[آنگستروم|Å]]
+(0.4-0.7 [[:en:Nanometer|nm]]) [[نانومتر]] نگه داشته می شود.این محدوده، کمی بالاتر از ارتفاعیست که در آن نوک STM برهم کنش از نوع دافعه را تجربه می کند. ''(W'' <3A)، اما هنوز هم در این منطقه برهم کنش از نوع جذب وجود دارد (3 < ''w'' <10Å).  جریان تونلی ، در محدوده [[آمپر|sub-nanoampere]] ،در نزدیک ترین حالت ممکن به اسکنر، تقویت می شود. پس از ایجاد اثر تونلی ، میزان انحراف و موقعیت نوک نسبت به نمونه، با توجه به نیازهای آزمایش متفاوت است.
-== منابع ==
-{{چپ‌چین}}
-{{پانویس}}
-* R. Wisendanger, ''Scanning probe microscopy and spectroscopy: Methods and applications'', Cambridge University Press, Cambridge, 1994.
+همانطور که نوک STM در یک ماتریس گسسته x-y روی سطح حرکت می کند، تغییرات در ارتفاع سطح و تراکم الکترونی باعث تغییر در جریان تونلی می شود. تصاویر دیجیتالی سطح به یکی از دو روش زیر تشکیل می شوند: در ''حالت ارتفاع ثابت،'' تغییرات جریان تونلی به طور مستقیم ترسیم می شود، در حالی که در ''حالت جریان ثابت،'' ولتاژ کنترل کننده ارتفاع ( ''z'') نوک ثبت می شود در حالی که جریان تونلی در یک سطح از پیش تعیین شده نگهداری می شود.
-{{پایان چپ‌چین}}
-{{آی‌بی‌ام}}
-{{فناوری نانو}}
-{{میکروسکوپ پراب پویشی}}
+در حالت جریان ثابت، بازخورد الکترونیکی ارتفاع را با اعمال ولتاژ به مکانیسم کنترل ارتفاع پیزوالکتریک تنظیم می کند. اگر در مقطعی جریان تونلی زیر سطح تنظیم شده باشد ، نوک آن به سمت نمونه منتقل می شود و بالعکس. این حالت نسبتاً آهسته است زیرا الکترونیک نیاز به بررسی جریان تونل زنی و تنظیم ارتفاع در یک حلقه بازخورد در هر نقطه اندازه گیری شده سطح دارد. وقتی سطح از نظر اتمی صاف باشد ، ولتاژ اعمال شده به اسکنر به طور عمده تغییرات در چگالی بار محلی را منعکس می کند. اما هنگامی که یک مرحله اتمی مشاهده می شود ، یا هنگامی که سطح به دلیل بازسازی کمان می شود ، ارتفاع اسکنر نیز به دلیل توپوگرافی کلی باید تغییر کند. تصویری که از ولتاژهای اسکنر z ایجاد شده است برای ثابت نگه داشتن جریان تونل زنی در حالی که نوک سطح را اسکن می کند ، حاوی داده های توپوگرافی و چگالی الکترون است. در بعضی موارد ممکن است مشخص نباشد که آیا تغییرات ارتفاع در نتیجه یکی رخ داده است یا دیگری.
-{{مواد-خرد}}
+در حالت ارتفاع ثابت ، ولتاژ z-اسکنر ثابت نگه داشته می شود زیرا اسکنر به جلو و عقب در سطح چرخش می یابد و جریان تونل زنی ، به طور نمایی وابسته به فاصله ، نقشه برداری می شود. این روش عملکرد سریعتر است ، اما در سطوح ناهموار ، جایی که ممکن است مولکولهای جذب زیادی وجود داشته باشد ، یا برجستگی ها و نخلستان ها ، نوک در خطر خراب شدن است.
-[[رده:اختراع‌های آلمانی]]
-[[رده:اختراع‌های سوئیسی]]
+اسکن شطرنجی نوک از ماتریس 128 128 128 تا 1024 × 1024 (یا بیشتر) است و برای هر نقطه از رستر یک مقدار واحد بدست می آید. تصاویر تولید شده توسط STM در [[تصویر خاکستری|مقیاس خاکستری هستند]] ، و رنگ فقط برای پردازش پس از پردازش به منظور تأکید بصری بر ویژگی های مهم اضافه می شود.
+علاوه بر اسکن کردن روی نمونه ، می توان با جارو کردن ولتاژ بایاس (همراه با یک مدولاسیون کوچک AC برای اندازه گیری مستقیم مشتق) و اندازه گیری تغییر جریان در یک مکان خاص ، اطلاعات مربوط به ساختار الکترونی را در یک مکان مشخص در نمونه بدست آورد.  به این نوع اندازه گیری ، طیف سنجی تونل زنی اسکن (STS) گفته می شود و به طور معمول نتیجه ای در نمودار چگالی موضعی حالت ها به عنوان تابعی از انرژی الکترون ها در نمونه است. مزیت STM نسبت به سایر اندازه گیری های تراکم حالت ها در توانایی آن برای انجام اندازه گیری های بسیار محلی است. به این ترتیب است که می توان به عنوان مثال ، تراکم حالت ها در یک محل [[ناخالصی]] را با تراکم حالات اطراف ناخالصی و سایر نقاط سطح مقایسه کرد. <ref name="Pan">{{Cite journal|vauthors=Pan SH, Hudson EW, Lang KM, Eisaki H, Uchida S, Davis JC|date=February 2000|title=Imaging the effects of individual zinc impurity atoms on superconductivity in Bi2Sr2CaCu2O8+delta|journal=Nature|volume=403|issue=6771|pages=746–50|arxiv=cond-mat/9909365|bibcode=2000Natur.403..746P|doi=10.1038/35001534|pmid=10693798}}</ref>
+== ابزار دقیق ==
+[[پرونده:Scanning_tunneling_microscope-MHS_2237-IMG_3819.JPG|بندانگشتی| STM سال 1986 از مجموعه موزه های تاریخ دبلیو ژنو .]]
+[[پرونده:STM_at_the_London_Centre_for_Nanotechnology.jpg|جایگزین=|بندانگشتی| یک راه اندازی بزرگ STM در مرکز فناوری نانو در لندن.]]
+اجزای اصلی میکروسکوپ تونلینگ روبشی نوک اسکن ، ارتفاع پیزوالکتریک کنترل شده (محور z) و اسکنر جانبی (محورهای x و y) و مکانیسم درشت نمونه به نوک است. میکروسکوپ توسط الکترونیک اختصاصی و کامپیوتر کنترل می شود. این سیستم بر روی سیستم ایزولاسیون ارتعاش پشتیبانی می شود.
+== گالری تصاویر STM ==
+<gallery>
+پرونده:Scanning tunneling microscope (STM) 250 nm by 250 nm image of one-atom-thick silver islands grown on palladium (111) surface.png|جزایر نقره ای با ضخامت یک اتم در تراسهای سطح (111) پالادیوم رشد می کنند. اندازه تصویر 250 است&nbsp;نانومتر در 250&nbsp;نانومتر
+پرونده:Atomic resolution Au100.JPG|حاشیه های بازسازی مشخصه سطح (100) طلا 1.44 [[Nanometre|نانومتر]] عرض دارند  و از شش ردیف اتمی تشکیل شده اند که در بالای پنج ردیف کریستال قرار دارند. اندازه تصویر تقریباً 10 است&nbsp;نانومتر در 10&nbsp;نانومتر
+پرونده:Chiraltube.png|A 7&nbsp;بخشی به طول نانومتر از یک [[Carbon nanotube|نانولوله کربنی]] تک جداره.
+پرونده:Silicium-atomes.png|اتمهای سطح کریستال [[Silicon carbide|کاربید سیلیکون]] (SiC) در یک شبکه شش ضلعی مرتب شده و 0.3 هستند&nbsp;نانومتر از هم فاصله دارند.
+پرونده:Cens nanomanipulation3d Trixler.jpg|نانو دستکاری STM از مولکولهای PTCDA بر روی [[Graphite|گرافیت]] برای نوشتن آرم [[Center for NanoScience|مرکز علوم نانو]] (CeNS) ، مونیخ.
+</gallery>
+{{colbegin}}
+*[[Scanning probe microscopy]]
+*[[Atomic force microscope]]
+*[[Electrochemical scanning tunneling microscope]]
+*[[Microscopy]]
+*[[Electron microscope]]
+*[[Multi-tip scanning tunneling microscopy]]{{colend}}
+== منابع ==
+<references group="" responsive="1"></references>
+{{refbegin|30em}}
+* {{cite book|vauthors=Chen CJ|url=http://www.columbia.edu/~jcc2161/documents/STM_book.pdf|title=Introduction to Scanning Tunneling Microscopy|publisher=Oxford University Press|year=1993|isbn=978-0-19-507150-4}}
+* {{cite book|vauthors=Wiesendanger R|url=https://books.google.com/books?id=EXae0pjS2vwC|title=Scanning probe microscopy and spectroscopy: methods and applications|publisher=Cambridge University Press|year=1994|isbn=978-0-521-42847-7}}
+* {{cite book|title=Scanning Tunneling Microscopy III – Theory of STM and Related Scanning Probe Methods|publisher=Springer-Verlag Berlin Heidelberg|year=1996|isbn=978-3-540-60824-0|veditors=Wiesendanger R, Güntherodt HJ|series=Springer Series in Surface Sciences|volume=29|doi=10.1007/978-3-642-80118-1}}
+* {{cite book|vauthors=Bai C|title=Scanning tunneling microscopy and its applications|publisher=Springer Verlag|place=New York|year=2000|url=https://books.google.com/books?id=3Q08jRmmtrkC&pg=PA345|isbn=978-3-540-65715-6}}
+*{{cite book|vauthors=Voigtländer B|date=2015|title=Scanning Probe Microscopy|url=https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-662-45240-0|journal=NanoScience and Technology|language=en-gb|doi=10.1007/978-3-662-45240-0|bibcode=2015spma.book.....V|isbn=978-3-662-45239-4|s2cid=94208893|issn=1434-4904}}
+* {{cite arxiv|vauthors=Lounis S|date=2014-04-03|title=Theory of Scanning Tunneling Microscopy|class=cond-mat.mes-hall|eprint=1404.0961}}
+* {{cite journal|vauthors=Binnig G, Rohrer H, Gerber C, Weibel E|date=1983-01-10|title=7 × 7 Reconstruction on Si(111) Resolved in Real Space|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.50.120|journal=Physical Review Letters|language=en|volume=50|issue=2|pages=120–123|bibcode=1983PhRvL..50..120B|doi=10.1103/PhysRevLett.50.120|issn=0031-9007|doi-access=free}}
+* {{cite journal|vauthors=Binnig G, Rohrer H, Gerber C, Weibel E|date=1982-07-05|title=Surface Studies by Scanning Tunneling Microscopy|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.49.57|journal=Physical Review Letters|language=en|volume=49|issue=1|pages=57–61|bibcode=1982PhRvL..49...57B|doi=10.1103/PhysRevLett.49.57|issn=0031-9007|doi-access=free}}
+* {{cite journal|vauthors=Binnig G, Rohrer H, Gerber C, Weibel E|date=1982-01-15|title=Tunneling through a controllable vacuum gap|url=http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.92999|journal=Applied Physics Letters|language=en|volume=40|issue=2|pages=178–180|bibcode=1982ApPhL..40..178B|doi=10.1063/1.92999|issn=0003-6951}}
+* {{cite journal|vauthors=Bardeen J|date=1961-01-15|title=Tunnelling from a Many-Particle Point of View|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.6.57|journal=Physical Review Letters|language=en|volume=6|issue=2|pages=57–59|bibcode=1961PhRvL...6...57B|doi=10.1103/PhysRevLett.6.57|issn=0031-9007}}
+* {{cite journal|vauthors=Tersoff J, Hamann DR|date=January 1985|title=Theory of the scanning tunneling microscope|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.31.805|journal=Physical Review. B, Condensed Matter|volume=31|issue=2|pages=805–813|bibcode=1985PhRvB..31..805T|doi=10.1103/PhysRevB.31.805|pmid=9935822}}
+* {{cite journal|vauthors=Chen CJ|date=July 1990|title=Origin of atomic resolution on metal surfaces in scanning tunneling microscopy|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.65.448|journal=Physical Review Letters|volume=65|issue=4|pages=448–451|bibcode=1990PhRvL..65..448C|doi=10.1103/PhysRevLett.65.448|pmid=10042923}}
+* {{cite journal|vauthors=Fujita D, Sagisaka K|date=January 2008|title=Active nanocharacterization of nanofunctional materials by scanning tunneling microscopy|url=https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1088/1468-6996/9/1/013003|journal=Science and Technology of Advanced Materials|volume=9|issue=1|pages=013003|bibcode=2008STAdM...9a3003F|doi=10.1088/1468-6996/9/1/013003|pmc=5099790|pmid=27877921}}
+{{refend}}
+[[رده:مقاله‌های دارای ویدئو]]
 [[رده:معرفی‌شده‌های ۱۹۸۱ (میلادی)]]
 [[رده:میکروسکوپ]]
+[[رده:اختراع‌های آلمانی]]
-[[رده:میکروسکوپ‌های پرآب پویشی|تونلی روبشی]]
+[[رده:اختراع‌های سوئیسی]]
+[[رده:میکروسکوپ‌های پرآب پویشی]]