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从扫描隧道显微镜到原子力显微镜：为何它们如此强大？
扫描探针显微镜（SPM）是显微镜学的一个分支，通过用物理探针扫描样品表面来形成图像。自1981年扫描隧道显微镜的发明以来，SPM得到了飞速发展，这种仪器能够在原子级别上对表面进行成像。 Gerd Binnig和Heinrich Rohrer的成功实验标志着这一领域的开端，其关键在于使用回馈回路来调节样品和探针之间的距离。
扫描探针显微镜的解析度在不同技术之间有所不同，但某些探针技术能够达到相当惊人的原子解析度。
扫描探针显微镜能够利用压电致动器在电子指令下进行原子级别或更好的运动，这使得它们能够有效地获取数据，通常以二维的数据网格形式出现，并通过电脑图像的颜色进行可视化。
扫描探针显微镜的不同类型
在SPM领域内，有许多成立的技术，例如原子力显微镜（AFM）、化学力显微镜（CFM）、扫描隧道显微镜（STM）以及其他多种变体。这些技术各具特色，可以根据不同的应用需求进行选择。
扫描探针显微镜的数据通常以热图的形式显示，从而产生最终的图像。
影像形成技术
扫描探针显微镜图像的生成，通常采取的是 raster 扫描技术。探针在样品表面上绘制，并在每个扫描点记录下某个特定值。视具体操作模式的不同，这一过程中记录的值会有所变化。
模式与技术的差异
两种常见的操作模式包括恒互动模式和恒高度模式。在恒互动模式下，通过回馈回路调节探针与样品间的距离，保持稳定的互动。而在恒高度模式中，探针的z轴不进行移动，这样会增加探针与样品的碰撞风险。
探针的设计与特性
SPM探针的形状和材料取决于所使用的具体技术，探针的尖端形状对显微镜的解析度至关重要。探针越尖细，解析度越高，为实现原子解析度，探针的尖端必须为单个原子。
在进行显微镜成像的过程中，探针的尖端未必能够达到预期的解析度，这可能由于探针过于钝化或多重峰值的原因导致。
扫描探针显微镜的优缺点
扫描探针显微镜的主要优势在于其不受衍射限制的解析能力，但这一特性也是其局限性所在，因为它所需的扫描时间较长。扫描过程中的空间资讯嵌入时间序列中，可能导致测量不确定性。
扫描光电流显微镜（SPCM）
SPCM作为扫描探针显微镜的成员，采用聚焦激光束作为局部激发源，以研究材料的光电性能。这项技术对于半导体纳米结构的研究尤为重要。
通过SPCM，可以分析到如电流特征长度、重组动力学、掺杂浓度等关键参数。
数据可视化与分析软件
扫描探针显微镜产生的数据常常需要通过专业的可视化软件来进行分析和呈现。目前市场上有多种商业和自由软件可供选择，让使用者能够更好地理解所获得的数据。
扫描隧道显微镜和原子力显微镜的发展不断推动着纳米技术的进步，但这意味着我们在未来会遇到更多挑战吗？
