扫描隧道显微镜-实验报告
近代物理学实验：扫描隧道显微镜——实验结果与数据分析
理学院2012级应用物理学1班 王嘉楠 3012210018
一、问题分析与讨论 ① 如何检测针尖的好坏？
讨论：将扫描隧道显微镜的针尖在样品的边缘处由外向内接近样品，如果针尖如【图一】所所示，将能够观测到1个电流峰值，此时说明针尖的性质良好；如果针尖如【图二】所示，将能够观测到3个电流峰值，此时说明针尖的性质不好。
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困难：针尖的运动速度非常缓慢，因此将针尖移动到样品边缘附近非常困难。 实际方法：通常通过经验来判断针尖的好坏。
②扫描隧道显微镜测量样品的局限性。
讨论：扫描隧道显微镜的工作原理决定了被测量样品必须具有较好的导电性。
解决方法：对于导电性较差的样品，通常先在样品表面镀上一层金属薄膜，然后再通过扫描隧道显微镜进行测量。
③扫描隧道显微镜测量的测量精度是否会受到泡利不相容原理的影响？
讨论：扫描隧道显微镜通过隧道电流的原理进行样品测量，而电子是费米子，因此测量的精确度会受到泡利不相容原理的影响。
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二、实验结果
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上两图即为扫描隧道显微镜在6μm ×6μm 的范围内对石墨表面的扫描测量结果及3D 模拟图。能够较为清晰地看到石墨的层状结构。
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三、实验数据
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分别将软件的左右指针相互靠近，尽量接近于单层碳原子的尺度，以测量石墨两层之间的层间距。通过以上三组测量数据，两层碳原子层间距的测量值分别为：
d1=0.48706 nm d2=0.69000 nm d3=0.52765 nm
对上三式求平均值，可以得到石墨两层分子之间的层间距平均值为：
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d=(d1+d2+d3) =0.56824 nm
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四、实验结果分析讨论
经过查阅资料可知，石墨的层间距的理论值为0.334nm ，本实验的测量值相对于理论值偏大。但是，《新型炭材料》期刊2008年6月第23卷第2期《自由态二维碳原子晶体——单层石墨烯》（杨全红等）一文中指出：“2007年，Meyer 等人报道单层石墨烯片层可以在真空中或空气中自南地附着在微型金支架上，这些片层只有一个碳原子层厚度（0.35 nm），这一厚度仅为头发的20万分之一，但是它们却表现出长程的晶序。TEM 研究也表明，这些悬浮的石墨烯片层并不完全平整，它们表现出物质微观状态下同有的粗糙性，表面会出现几度的起伏。可能正是这些三维褶皱巧妙地促使二维晶体结构稳定存在。换言之，将二维膜放入三维空间会有一种产生褶皱的趋势，二维结构可
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以存在但是会产生一定的起伏。Fasolino 等通过模拟发现，由于热起伏，褶皱会自发地产生而且能达到的最大厚度为0.8 nm，这与实验中的发现相一致。这种不同寻常的现象可能是由于碳键的多样性导致的。”因此，可以认为本次扫描隧道显微镜实验观测到的确实为单层的碳原子。
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