掃描隧道顯微鏡（STM）兩大系統是什么？

電子學控制系統

掃描隧道顯微鏡是一個納米級的隨動系統，因此，電子學控制系統也是一個重要的部分。掃描隧道顯微鏡要用計算機控制步進電機的驅動，使探針逼近樣品，進入隧道區，而后要不斷采集隧道電流，在恒電流模式中還要將隧道電流與設定值相比較，再通過反饋系統控制探針的進與退，從而保持隧道電流的穩定。所有這些功能，都是通過電子學控制系統來實現的。圖1給出了掃描隧道顯微鏡電子學控制控制系統的框圖   。

在線掃描控制系統

在掃描隧道顯微鏡的軟件控制系統中，計算機軟件所起的作用主要分為“在

①參數設置功能

在掃描隧道顯微鏡實驗中，計算機軟件主要實現掃描時的一些基本參數的設定、調節，以及獲得、顯示并記錄掃描所得數據圖象等。計算機軟件將通過計算機接口實現與電子設備間的協調共同工作。在線掃描控制中一些參數的設置功能如下：

⑴“電流設定”的數值意味著恒電流模式中要保持的恒定電流，也代表著恒電流掃描過程中針尖與樣品表面之間的恒定距離。該數值設定越大，這一恒定距離也越小。測量時“電流設定”一般在“0.5-1.0nA” 范圍內。

⑵“針尖偏壓”是指加在針尖和樣品之間、用于產生隧道電流的電壓真實值。這一數值設定越大，針尖和樣品之間越容易產生隧道電流，恒電流模式中保持的恒定距離越大，恒高度掃描模式中產生的隧道電流也越大。“針尖偏壓”值一般設定在“50-100mV”范圍左右。

⑶“Z電壓”是指加在三維掃描控制器中壓電陶瓷材料上的真實電壓。Z電壓的初始值決定了壓電陶瓷的初始狀態，隨著掃描的進行，這一數值要發生變化。“Z電壓”在探針遠離樣品時的初始值一般設定在“-150.0mV— -200.0mV”左右 [4]  。

⑷“采集目標”包括“高度”和“隧道電流”兩個選項，選擇掃描時采集的是樣品表面高度變化的信息還是隧道電流變化的信息。

⑸“輸出方式”決定了將采集到的數據顯示成為圖象還是顯示成為曲線。

⑹“掃描速度”可以控制探針掃描時的延遲時間，該值越小，掃描越快。

⑺“角度走向”是指探針水平移動的偏轉方向，改變角度的數值，會使掃描得到的圖象發生旋轉。

⑻“尺寸”是設置探針掃描區域的大小，其調節的最大值有量程決定。

“掃描隧道顯微鏡”下拍攝的“血細胞”

“掃描隧道顯微鏡”下拍攝的“血細胞” [6]

尺寸越小，掃描的精度也越高，改變尺寸的數值可以產生掃描圖象的放大與縮小的作用。

⑼“中心偏移”是指掃描的起始位置與樣品和針尖剛放好時的偏移距離，改變中心偏移的數值能使針尖發生微小尺度的偏移。中心偏移的最大偏移量是當前量程決定的最大尺寸。

⑽ “工作模式”決定掃描模式是恒電流模式還是恒高度模式。

⑾ “斜面校正”是指探針沿著傾斜的樣品表面掃描時所做的軟件校正。

⑿ “往復掃描”決定是否進行來回往復掃描。

⒀“量程”是設置掃描時的探測精度和最大掃描尺寸的大小。

這些參數的設置除了利用在線掃描軟件外，利用電子系統中的電子控制箱上的旋鈕也可以設置和調節這些參數 [1]  。

②馬達控制

當使用軟件控制馬達使針尖逼近樣品時，首先要確保電動馬達控制器的紅色按鈕處于彈起狀態，否則探頭部分只受電子學控制系統控制，計算機軟件對馬達的控制不起作用。馬達控制軟件將控制電動馬達以一個微小的步長轉動，使針尖緩慢靠近樣品，直到進入隧道區為止。

馬達控制的操作方式為：“馬達控制”選擇“進”，點擊“連續”按鈕進行連續逼近，當檢測到的隧道電流達到一定數值后，計算機會進行警告提示，并自動停止逼近，此時單擊“單步”按鈕，直到“Z電壓”的數值接近零時停止逼近，完成馬達控制操作 [1]  。