各种电子显微镜基本原理

介绍各种电子显微镜的基本工作原理。包含TEM/SEM/STM/AFM。


透射电子显微镜 TEM(Transmission Electron Microscope)

电子束透过样品然后成像。与普通的生物透射显微镜最基本工作机制相同,只是利用电子作为粒子的德布罗意波长更短的特点,达到更精细的分辨率。

扫描电子显微镜 SEM (Scanning Electron Microscope)

电子照到样本表面,反射成像,这种显微镜只能观察样本表面。

扫描隧道显微镜 STM(Scanning Tunneling Microscope)

通过一个极细的探针去靠近被测样品表面,当距离足够近时,电子可以通过量子隧穿而穿过探针与样品之间的空隙形成电流,距离越近电流越大。在扫描过程中上下移动探针使电流恒定,记录探针上下移动的情况就可以知道样品表面的情况。因为工作原理的限制,该显微镜只可以测量导电的样品的表面。

原子力显微镜 AFM (Atomic Force Microscope)

也叫扫描力显微镜(Scanning Force Microscope)。其原理是通过弹性伸臂/箔片(下图中6)上的探针接近样品表面,在扫描移动过程中表面原子的排布会反映到弹性伸臂/箔片的形变上,然后再去测量其形变即可。测量形变可以利用上面说的隧道效应,如下图所示。也可以使用激光来测量。这种显微镜应该不算作“电子显微镜”了。这种显微镜可以用于测量非导体的表面原子结构。

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