美科学家新技术让扫描隧道显微镜变快100倍

北京时间11月13日消息，据国外媒体报道，来自美国康奈尔大学和波士顿大学的科学家近日称，成像速度加快100倍，可以清晰地观测到原子的细微变化情况。

　　这是一个简单的改动，其原理基于目前在纳米电子学中应用的一种测量方法，却使得扫描隧道显微镜(STM)拥有了新的能力--包括感应单个原子大小的小点的温度，以及探测精确到0.00000000000001米(这是比原子直径小3万分之一的距离)的微型变化。扫描隧道显微镜是根据量子力学中的隧道效应原理，通过探测固体表面原子中电子的隧道电流来分辨固体表面形貌的新型显微装置。1981年，世界上第一台具有原子分辨率的扫描隧道显微镜诞生后，人类实现了从半导体技术到纳米电子学等许多领域的重大发现。

　　然而，由于电流可以在十亿分之一秒中发生变化，因此扫描隧道显微镜的测量速度极其缓慢。而且限制因素并不仅仅在于信号方面，还在于信号分析中涉及的基本电子学。理论上，扫描隧道显微镜可以跟电子通过隧道一样迅速地收集数据——以一千兆赫的速率(每秒10亿周波)。然而，典型扫描隧道显微镜的运行速度常常因电线中的电容或储能电容器的限制而减慢至1千赫(每秒1000周波)，而这些电线正是其读出电路系统的组成部分。

　　为此，研究人员们曾尝试过许多复杂的补救方法。康奈尔大学物理学副教授舒瓦布表示，不料最后的解决方法竟是惊人的简单。研究人员表示，通过增加一个额外的射频波源，并通过一个简单的网络向扫描隧道显微镜发送一个波，然后就可以依据返回至射频波源的波的特点，探测隧道接口(即探针和固体表面之间的距离)的电阻。这项技术被称为反射计，它使用标准的电线作为高频波的通道，这种高频波不会受电线电容的限制而减速。

　　该装置还为原子分辨率温度测量法和运动探测法提供了可能，可以用来测量比原子小3万倍距离的运动。舒瓦布说：“频率的基本极限与人们的操作之间有6个量级。有了射频配合，速度就可以增加100到1000倍，希望能或多或少得到些视频图像。有了这个技术，我们就可以用扫描隧道显微镜来进行许多物理实验。我坚信，10年后将出现一大批射频-扫描隧道显微镜，被用来进行各种各样的实验。”(刘妍)