一文带您了解扫描探针显微镜发展史

来源:爱游戏官方网站    发布时间:2025-06-27 23:58:21

  扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope,SPM)的发展历史是一段引人注目的科学进步历程,奠定了纳米科学和纳米技术的基础。自20世纪80年代以来,SPM的出现和保存,不仅使科学家能够以原子和分子的精度观察和操控材料,还推动了许多相关领域的研究。以下是SPM发展关键里程碑:

  1981年:德国物理学家格尔德·宾宁(Gerd Binnig)和海因里希·罗雷尔(Heinrich Rohrer)在 IBM 苏黎世研究实验室发明了扫描隧道显微镜(STM)。STM 的发明标志着扫描探针显微镜技术的开端。[1]

  1986年:格尔德·宾宁、卡尔文·夸特纳(Calvin Quate)和克里斯托弗·格贝尔(Christoph Gerber)发明了原子力显微镜(AFM)。AFM 可以在非导电材料上工作,扩展了 SPM 技术的应用场景范围。[4] AFM 利用探针与样品表面之间的范德华力进行成像,可以在真空、空气和液体环境中操作,因此在材料科学和生物学研究中具有广泛的应用。

  1.磁力显微镜(MFM):磁力显微镜(MFM)在20世纪80年代末至90年代初被发明,利用带有磁性涂层的探针,测量探针与样品表面磁力相互作用,实现了纳米尺度高分辨率磁畴成像。这一创新使研究人员能够进一步探索材料的磁性特性。

  2. 静电力显微镜(EFM):静电力显微镜(EFM)由斯蒂芬·库尔普斯(Stephen Kalb)和霍斯特·福尔默(Horst F. Hamann)在20世纪80年代末至90年代初发明,通过带电探针测量静电力变化,实现纳米尺度高分辨率电学成像。EFM被大范围的应用于研究半导体材料、电荷存储器件和纳米电子学等领域。

  3. 近场扫描光学显微镜(NSOM 或 SNOM):近场光学显微镜(NSOM)由埃里克·贝茨格(Eric Betzig)和约翰·特劳特曼(John Trautman)在20世纪80年代末至90年代初发明。NSOM使用带有亚波长孔径的光纤探针,通过限制光在极小区域内并扫描样品表面,获取高分辨率的光学图像,大范围的应用于材料科学、生物学、化学与半导体研究等领域。

  1. 高分辨率和高灵敏度:随着探针技术、控制管理系统和数据处理技术的发展,SPM 的分辨率和灵敏度不断提高。

  2. 多功能化探针:开发出具有特定化学、机械、磁性或力学性质的探针,使得 SPM 能够直接进行更为多样化的表征和操作。

  5. 在生物学中的应用:SPM 在生物分子和细胞研究中的应用愈来愈普遍,可以直接观测生物大分子的结构和动力学过程。

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