一 引言

1982 年，国际商业机器公司苏黎世实验室的葛·宾尼（Gerd Binnig） 博士和海·罗雷尔（Heinrich Rohrer）博士共同研制成功了世界第一台新型的表面分析仪器——扫描隧道显微镜（ Scanning tunneling microscope，以下简称 STM）。它的问世，使人类第一次能够实时地观察到原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质， 对表面科学、材料科学、生命科学和微电子技术的研究有着重大的意义和广阔的应用前景，被科学界公认为是表面科学和表面现象分析技术的一次革命。为此，他们与电子显微镜的创制者恩·鲁斯卡（ErnstRuska） 教授一起荣获 1986 年诺贝尔物理奖。

与其他表面分析技术相比，STM 具有以下优点：

  1. 具有原子级分辨率。平行和垂直于表面方向的分辨率分别可达

0.1nm 和 0.01nm，即可以分辨出单个原子。

  1. 可实时地得到在实空间中表面的三维图像，不需要用试差模体进行对比计算（如

    LEED 等），因而可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构。这种可以实时观测的性能非常有利于对表面反应、扩散等动态过程的研究。

  2. 可以得到单原子层表面的局部结构，而不是体相的平均性质。因此可以直接观测到局部的表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。

  3. 可在真空、大气、常温、低温等不同条件下工作，甚至样品可浸在水、电解液、液氮或液氦中。不需要特别的制样技术并且探测过程对样品无损伤。这些特点非常适用于研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的评价，例如对催化机理、超导材料的超导机制、电化学反应过程中电极表面变化的监测等。

  4. 在获得样品表面形貌的同时，亦可得到扫描隧道谱（STS），可用它研究表面的电子结构，如表面价电子轨道状态、表面电子陷阱、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等。