在有机分子结构的研究中,高分辨率的扫描隧道显微镜(STM)三维直观图象是一种极为有用的工具。此法已成功地观察到苯在Rh(111)表面的单层吸附,并显示清晰的Kekule环状结构。在生物学领域,扫描隧道显微镜(STM)已用来直接观察DNA、重组DNA及HPI-蛋白质等在载体表面吸附后的外形结构。
可以预测,对于许多溶液相的化学反应机理研究,如能移置到载体表面进行,扫描隧道显微镜(STM)也不失为一个可以尝试的测试手段,通过它可观察到原子间转移的直接过程。对于膜表面的吸附和渗透过程,扫描隧道显微镜(STM)方法可能描绘出较为详细的机理。这一方法在操作上和理解上简单直观,获得数据后无需作任何繁琐的后续数据处理就可直接显示或绘图,而且适用于很多介质,因此将会在其应用研究领域展现出广阔的前景。
继扫描隧道显微镜(STM)之后,各国科技工作者在 扫描隧道显微镜(STM)原理基础上又发明了一系列新型显微镜[4]。它们包括 :原子力显微镜(AFM)、激光力显微镜(LFM)、静电力显微镜、扫描热显微镜、弹道电子发射显微镜(BEEM)、扫描隧道电位仪(STP)、扫描离子电导显微镜(SICM)、扫描近场光学显微镜(SNOM,在1956年设想基础上的改进)和光子扫描隧道显微镜(PSTM)等。这些新型显微镜的发明为探索物质表面或界面的特性,如表面不同部位的磁场、静电场、热量散失、离子流量、表面摩擦力以及在扩大可测样品范围方面提供了有力的工具。近几年来,在把STM与EM、FIM以及AFM、LEED等其它表面分析手段联用方面,也取得了可喜的进展。目前最小的 扫描隧道显微镜(STM)尺寸仅为125µm,而最大的扫描范围可达100µm。
2 STM的局限性与发展[5]
尽管扫描隧道显微镜(STM)有着EM、FIM等仪器所不能比拟的诸多优点,但由于仪器本身的工作方式所造成的局限性也是显而易见的。这主要表现在以下两个方面:
1.在扫描隧道显微镜(STM)的恒电流工作模式下,有时它对样品表面微粒之间的某些沟槽不能够准确探测,与此相关的分辨率 较差。图2摘自对铂超细粉末的一个研究实例[6]。它形象地显示了扫描隧道显微镜(STM)在这种探测方式上的缺陷。铂粒子之间的沟槽被探针扫描过的曲面所盖,在形貌图上表现得很窄,而铂粒子的粒径却因此而被增大了。在TEM的观测中则不会出现这种问题。
图2 STM恒电流工作方式观测超细金属微粒(Pt/C样品)
在恒高度工作方式下,从原理上这种局限性会有所改善。但只有采用非常尖锐的探针,其针尖半径应远小于粒子之间的距离,才能避免这种缺陷。在观测超细金属微粒扩散时,这一点显得尤为重要。
2.扫描隧道显微镜(STM)所观察的样品必须具有一定程度的导电性,对于半导体,观测的效果就差于导体;对于绝缘体则根本无法直接观察。如果在样品表面覆盖导电层,则由于导电层的粒度和均匀性等问题又限制了图象对真实表面的分辨率。宾尼等人1986年研制成功的AFM可以弥补扫描隧道显微镜(STM)这方面的不足。
此外,在目前常用的(包括商品)扫描隧道显微镜(STM)仪器中,一般都没有配备FIM,因而针尖形状的不确定性往往会对仪器的分辨率和图象的认证与解释带来许多不确定因素。
尽管扫描隧道显微镜(STM)问世的时间很短,但经过各国科学家的努力,扫描隧道显微镜(STM)技术已得到了迅速的发展,在许多方面显示出其独特的优点。相信随着扫描隧道显微镜(STM)理论与技术的日臻完善,扫描隧道显微镜(STM)及其相关技术必将在人类认识微观世界的进程中发挥越来越大的作用。

