原子|博士生DIY超级显微镜 直接看到原子！网友：一下省出几十万元
扫描隧道显微镜（STM），乍一听或许会觉得陌生 。
但它在科学界的地位可不一般——让人类能够观察到单原子表面层的局域结构图像，是纳米科技领域中重要的一个工具，还赢得了诺贝尔奖 。
仪器之精密，就不用多说了 。
而来自加拿大麦吉尔大学的一位博士生小哥Berard，在家便自制了一台STM，而且还成功“拍”下了石墨碳原子的图像！
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价格方面，专业的STM售价在3万美元至15万美元不等，但这位博士小哥的成本，可能仅仅花费1000美元左右！
等于一下子省出了几十万器材费了啊，有没有！
这不禁让网友们惊叹：这也太极客了吧！
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STM原理
扫描隧道显微镜（STM）是一种放大倍率非常高的显微镜，甚至可以看到物体表面的原子 。它的原理就蕴含在名字之中 。
电子遇到绝缘体会被阻挡，就像人遇到了一面墙 。但是当绝缘体足够薄以后，量子力学的作用开始突显 。
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随着“墙”越来越薄，电子开始能“穿过”绝缘体，到达另一侧的导体上，就好像在绝缘体上开了一个隧道，因此叫做隧道效应 。
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△量子隧道效应示意图，有一部分电子穿过墙达到右边
扫描隧道显微镜正是利用了这一原理 。
【原子|博士生DIY超级显微镜 直接看到原子！网友：一下省出几十万元】当我们在探针和样品之间加上电压，二者之间的空气就是一堵墙，如果探针和样品之间足够近，电子就能跳过空气到达样品上，电路中将会产生电流 。
这股电流的大小和探针样品之间距离有关，根据电流大小可以反推出距离，从而得出样品表面的高度数据，绘制出一张显微图像 。
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虽然STM原理并不复杂，但是要自己DIY，还是有不少技术难点 。
首先，为了达到原子级的分辨率，探针针尖必须足够细，最好尖端只有一个原子 。
其次，探针和样品之间距离很近，不到1nm，极其微弱的热膨胀或者外界振动，也有可能使二者接触，导致针尖被撞毁 。
最后一个难题是，如何精准控制探针在平面上扫描 。
如何DIY？
STM探针的制作其实并不复杂：取一根铂铱合金丝或钨丝，用剪线钳斜着剪断，并且轻轻拉动，获得尽可能细的尖端 。
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接下来是制作减震台 。探针被固定在三块钢板上，钢板之间用橡胶粘连，然后挂载三根长弹簧上，尽量降低系统的共振频率 。
钢板的底部还安装了一个磁铁，当钢板摆动时，磁铁将在下方的铝块上感应出涡流，涡流又会产生反向的磁场抑制振动 。
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而控制探针的方法是使用压电陶瓷，给这种材料两端加上电压便会伸缩，伸缩量与电压大小和方向有关 。
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△ 压电陶瓷纵向视图
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△ 压电陶瓷侧视图
压电陶瓷像三明治一样，被夹在金属电极之间，给4片区域加上不同的电压就能控制探针在平面上来回移动 。
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由于隧道电流非常小，通常为1nA量级，因此还要对获取的电流信号进行放大 。
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