扫描隧道显微镜的应用

　　扫描隧道显微镜在物理学、化学、生命科学、材料科学及微电子等领域得到了广泛的应用，取得了一系列重要成果，并由此诞生了一系列新的学科分支，如纳米生物学、纳米摩擦学等，他的出现极大地推动了科学技术的发展。

扫描隧道显微镜在物理学方面的应用

　　在物理学方面，扫描隧道显微镜已对石墨、硅以及金晶体等表面状况进行了观察，对超导体表面的电子结构也进行了研究。在化学方面，主要用于研究有机或无机分子在表面吸附、表面催化、表面钝化和电化学动态过程等。

扫描隧道显微镜在生命科学领域的应用

　　在生命科学领域，扫描隧道显微镜更是起着巨大的作用，显示了强大的生命力。蛋白质和核酸这两种重要的生物大分子的几何尺度一般在几个到几十个纳米范围内，以往主要通过电子显微镜和X射线衍射方法进行研究。

　　电子显微镜虽有许多优点，但使用时必须要求高真空和外源高压电子束。高真空容易使大分子脱水，分子结构遭到破坏，外源高压电子束对生物大分子会造成辐射损伤。相比之下，扫描隧道显微镜不仅具有的原子级空间分辨率，能在原子水平、分子水平、亚细胞水平和细胞水平等不同层次上全面观察和研究生物样品的结构，如利用扫描隧道显微镜已可看到单链DNA分子的多个碱基，而且他不使用自由粒子，当然无辐射损伤和污染，也无需透镜和专门的电子源，结构简单，他还能在大气、水溶液等生命的天然条件下或准天然条件下，对生物样品进行直接观察，这正是生命科学家梦寐以求的。

扫描隧道显微镜观察电子结构

　　材料表面电子结构的表征是通过使用扫描隧道谱学技术(简称STS)对样品表面的电子态进行能量和空间的分辨。对电子结构的表征方法主要有两种：dI/dV谱和dI/dV成像。

　　固定扫描隧道显微镜针尖在样品表面的位置，改变偏压的大小，通过记录电流值进行数值微分，从而得到dI/dV谱，它可以反映样品表面该点处的局域态密度在不同能量下的分布。dI/dV成像是指通过保持同一偏压，改变针尖的位置，记录电流得到扫描区域的图像，从而反映出了同一能量的电子局域态密度的空间分布。人们通过对材料表面电子结构的表征研究了不同体系的前沿物理特性。

扫描隧道显微镜应用于表面原子操控

　　扫描隧道显微镜对样品表面原子的操控主要是在短时间内在针尖和样品之间施加一个数伏大小的电压。由于时间短，距离近，在样品表面会形成高强度的电场，其产生的巨大能量被样品表面原子吸收后，会使原子蒸发或断裂化学键，从而脱离样品表面，被针尖的电场吸附，实现对单原子的操纵。

　　对表面原子的操纵可以分为横向操纵和纵向操纵。横向操纵不断裂化学键或物理相互作用，是通过针尖的控制原子在样品表面进行横向的移动。纵向操纵是通过断裂化学键或物理相互作用，使原子与样品表面脱离，将之吸附在针尖上，移动后再将原子放到样品表面其他位置。

扫描隧道显微镜在纳米材料加工领域的应用

　　纳米材料是指，材料基本结构单元至少有一维处于纳米尺度范围(一般在1~100nm)，并由此具有某些新特性的材料。对于纳米材料的制备，是当今社会研究的一个热点问题。现今，纳米材料的制备方法主要有三种：①惰性气体下蒸发凝聚法;②化学方法;③物理气相法和化学沉积法的综合方法。

　　人们可以通过扫描隧道显微镜控制单个原子的行为。使单原子在样品表面被随意的提取、移动和放置。如果将适当的脉冲电压施加在针尖和样品表面之间，那么在探针和样品间产生交替变化的电场。强电场的蒸发电场的蒸发作用，使样品表面的原子可以被吸附到针尖上，并且使单原子可以随针尖移动，沉积。通过对单原子的控制，人们可以制作大容量存储器。

　　扫描隧道显微镜因为其原子级分辨率被广泛应用于科学研究中，但还存在着一些不足。通过将扫描隧道显微镜同其他表征手段相互组合，可以解决其存在的部分问题，但还存在一些问题，比如很难对绝缘体进行原子级分辨率的观测等。总而言之，扫描隧道显微镜是一种观测微观结构和原子操纵的有力手段，在科学不断进步的过程中必定会发挥不可或缺的作用。