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從掃描隧道顯微鏡到原子力顯微鏡：為何它們如此強大？
掃描探針顯微鏡（SPM）是顯微鏡學的一個分支，通過用物理探針掃描樣品表面來形成圖像。自1981年掃描隧道顯微鏡的發明以來，SPM得到了飛速發展，這種儀器能夠在原子級別上對表面進行成像。Gerd Binnig和Heinrich Rohrer的成功實驗標誌著這一領域的開端，其關鍵在於使用回饋回路來調節樣品和探針之間的距離。
掃描探針顯微鏡的解析度在不同技術之間有所不同，但某些探針技術能夠達到相當驚人的原子解析度。
掃描探針顯微鏡能夠利用壓電致動器在電子指令下進行原子級別或更好的運動，這使得它們能夠有效地獲取數據，通常以二維的數據網格形式出現，並通過電腦圖像的顏色進行可視化。
掃描探針顯微鏡的不同類型
在SPM領域內，有許多成立的技術，例如原子力顯微鏡（AFM）、化學力顯微鏡（CFM）、掃描隧道顯微鏡（STM）以及其他多種變體。這些技術各具特色，可以根據不同的應用需求進行選擇。
掃描探針顯微鏡的數據通常以熱圖的形式顯示，從而產生最終的圖像。
影像形成技術
掃描探針顯微鏡圖像的生成，通常採取的是 raster 掃描技術。探針在樣品表面上繪製，並在每個掃描點記錄下某個特定值。視具體操作模式的不同，這一過程中記錄的值會有所變化。
模式與技術的差異
兩種常見的操作模式包括恆互動模式和恆高度模式。在恆互動模式下，通過回饋回路調節探針與樣品間的距離，保持穩定的互動。而在恆高度模式中，探針的z軸不進行移動，這樣會增加探針與樣品的碰撞風險。
探針的設計與特性
SPM探針的形狀和材料取決於所使用的具體技術，探針的尖端形狀對顯微鏡的解析度至關重要。探針越尖細，解析度越高，為實現原子解析度，探針的尖端必須為單個原子。
在進行顯微鏡成像的過程中，探針的尖端未必能夠達到預期的解析度，這可能由於探針過於鈍化或多重峰值的原因導致。
掃描探針顯微鏡的優缺點
掃描探針顯微鏡的主要優勢在於其不受衍射限制的解析能力，但這一特性也是其局限性所在，因爲它所需的掃描時間較長。掃描過程中的空間資訊嵌入時間序列中，可能導致測量不確定性。
掃描光電流顯微鏡（SPCM）
SPCM作為掃描探針顯微鏡的成員，採用聚焦激光束作為局部激發源，以研究材料的光電性能。這項技術對於半導體納米結構的研究尤為重要。
通過SPCM，可以分析到如電流特徵長度、重組動力學、掺雜濃度等關鍵參數。
數據可視化與分析軟件
掃描探針顯微鏡產生的數據常常需要通過專業的可視化軟件來進行分析和呈現。目前市場上有多種商業和自由軟件可供選擇，讓使用者能夠更好地理解所獲得的數據。
掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡的發展不斷推動著納米技術的進步，但這意味著我們在未來會遇到更多挑戰嗎？
