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從微米到納米：多探針STM如何改變我們測量電子的方式？
隨著微電子學向納米電子學的演進，研究者們面臨著一項重大的挑戰：如何在納米尺度下進行有效的電子傳輸測量。這也是多探針掃描隧道顯微鏡（Multi-tip STM）應運而生的重要原因之一。這一技術不僅僅是對樣品的成像，還能完善地進行局部電性測量，將傳統的電流測試功能移至納米尺度，就像是一個“小型萬用表”。
技術介紹
多探針STM是一種由多個STM單元組成的設備，這些單元能夠獨立操作各自的探頭，實現對樣品的高效測量。傳統的測量方法通常依賴於光刻處理，而這樣的方法往往會對樣品造成潛在的污染和損傷，尤其是在接觸納米結構的過程中。而多探針STM能夠通過在真空環境中直接接觸“剛生長”的納米結構來克服這些問題。
可以在線下的環境中靈巧地定位探頭，且可隨時改變接觸配置，這對於不斷發展的納米技術研究至關重要。
運作原理
多探針掃描隧道顯微鏡的運作基於對探頭精確控制的原則。四個STM單元以盡可能緊湊的方式設置，減少在測量過程中出現的熱飄移。在具體的操作過程中，測量位置必須經過精細調整，這通常需要借助光學顯微鏡或掃描電子顯微鏡（SEM）來進行定位。
探頭的配置通常以45度的角度朝向樣品，這有助於在一個區域內同時佈置多個探頭以進行測試。
多探針STM的應用
石墨烯納米帶的研究
多探針STM在研究40納米寬的石墨烯納米帶中展現出其強大的能力。這些納米帶的壽命平均自由路徑可達數微米，甚至在室溫下也能保證球狀導電性。這使得它們在納米電子學中變得非常重要，且可以大規模生產。
高雄龐難的電阻評估
對於約100納米直徑的自由懸浮GaAs納米線，使用多探針STM進行電阻映射成為一種有效的方法。這些納米線即使還“生長中”就被測試，無法通過傳統的光刻技術與其接觸，這時多探針STM所提供的靈活性顯得尤為突出。
多探針電位測量
多探針STM還可以進行掃描隧道電位測量，這種方法能夠深入理解納米結構的電流傳輸特性。通過測量電流流過樣品時的電位變化，可以獲得有關缺陷對局部電性能影響的寶貴信息。
這種在微米級別的精細測量使研究者能夠獲取前所未有的電性數據，尤其是在原子邊界和缺陷附近。
分離表面導電性和體材料導電性
在納米設備日益縮小的背景下，表面導電性與體材料導電性的關係變得愈發重要。多探針STM被用於分辨來自Si(111)-7×7表面的不同導電性，幫助研究者更好地理解材料的整體性能。
量子材料中的自旋電流
這項技術也被用於探索拓撲絕緣體中的自旋電壓。通過使用自旋極化的四探針技術，研究人員能夠分離自旋相關的電動勢，這對未來的新型電子設備開發有著關鍵作用。
展望未來
隨著多探針STM技術的進步，未來在納米尺度下的電性測量將會更加高效且精確。從應用於新材料的特性探索，到對納米結構的多層次理解，這項技術的潛力是無窮的。那麼，在無窮的納米世界中，是否還有其他未被觸及的秘密在等著我們去發掘呢？
