扫描隧道显微术英文解释翻译、扫描隧道显微术的近义词、反义词、例句

英语翻译：

【化】 scanning tunnel microscopy

分词翻译：

扫描的英语翻译：

scan; scanning
【计】 fineness; scanning
【医】 scanning

隧道的英语翻译：

tube; tunnel
【医】 cuniculus; histosiphon; tunnel

显的英语翻译：

apparent; display; illustrious; obvious; show
【医】 phanero-

微的英语翻译：

decline; profound; tiny
【计】 mic-; micro-
【医】 micr-; micro-; mikro-; mu

术的英语翻译：

art; method; skill
【医】 technic; technique

专业解析

扫描隧道显微术（Scanning Tunneling Microscopy, STM）是一种利用量子力学中的隧道效应，在原子尺度上探测物质表面形貌及电子特性的超高分辨率显微技术。以下是其详细解释：

一、核心定义与工作原理

汉英对照定义：
- 扫描 (Scanning)：指通过精密控制探针在样品表面进行二维逐点移动。
- 隧道 (Tunneling)：指量子隧道效应。当探针针尖与样品表面距离非常接近（通常小于1纳米）时，在双方施加一个微小偏置电压后，电子会以一定概率穿越两者之间的真空或介质间隙，形成隧道电流。
- 显微术 (Microscopy)：指通过探测隧道电流的变化来成像，实现原子级分辨的表面观测。
- 因此，STM (Scanning Tunneling Microscopy) 可定义为：一种通过扫描探针并检测其与导电样品表面之间产生的隧道电流来获得表面原子级分辨率图像的显微技术。
工作原理： STM的核心在于利用量子隧道效应。探针（通常为尖锐的金属针尖）与导电样品表面接近至原子尺度距离（约0.3-1 nm）。在两者之间施加偏置电压（$V_b$）后，由于电子具有波动性，它们能够“隧穿”过经典物理学认为不可逾越的势垒间隙，形成隧道电流（$I_t$）。该电流的大小对针尖-样品间距（$d$）极其敏感，遵循近似公式： $$ I_t propto V_b e^{-A sqrt{phi} d} $$ 其中：
- $I_t$ 是隧道电流
- $V_b$ 是偏置电压
- $phi$ 是针尖与样品材料的平均功函数
- $d$ 是针尖与样品间距
- $A$ 是常数（约为1.025 eV^{-1/2} Å^{-1}）通过压电陶瓷驱动器精确控制针尖在样品表面进行三维扫描（X, Y方向移动，Z方向高度反馈），并实时监测隧道电流的变化或保持电流恒定而调节针尖高度，即可获得样品表面形貌的原子级分辨率图像。

二、关键特性与优势

原子级分辨率：STM最显著的优势是其空间分辨率在平行于表面方向可达0.1 nm，垂直于表面方向可达0.01 nm，能够直接“看见”并操纵单个原子。来源：美国国家标准与技术研究院（NIST）相关研究概述。
实空间成像：不同于X射线衍射或电子显微镜等技术，STM直接在实空间中成像，提供直观的表面原子排列信息。
工作环境灵活：可在超高真空、大气、液体（如电解液）等多种环境下工作，为研究不同条件下的表面现象提供了可能。来源：IBM Almaden研究中心早期STM应用展示。
多功能性：不仅能获取表面形貌（恒电流模式或恒高度模式），还能通过扫描隧道谱（STS）测量局域电子态密度（LDOS），研究表面的电子结构、能隙、缺陷态等物理化学性质。

三、主要应用领域

表面科学：研究金属、半导体表面的原子结构、重构、吸附、台阶、缺陷等。来源：如《表面科学报告》（Surface Science Reports）期刊中的大量STM研究论文。
纳米科学与技术：在纳米尺度上操纵原子/分子、构建纳米结构、研究纳米材料（如石墨烯、碳纳米管、量子点）的原子结构和电子特性。来源：美国能源部下属国家实验室（如橡树岭国家实验室）的纳米研究项目介绍。
化学与催化：观察催化剂表面活性位点、反应中间体、研究表面化学反应机理。来源：如《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）中利用STM研究催化的报道。
生物物理学：在适宜条件下（如溶液环境），可用于研究大分子（如DNA、蛋白质）在固体表面的吸附和结构。来源：生物物理学会（Biophysical Society）相关技术专题介绍。
材料科学：表征新型材料（如拓扑绝缘体、二维材料、超导体）的表面原子结构和电子性质。来源：如《自然-材料》（Nature Materials）、《科学》（Science）等顶级期刊上的STM研究成果。

四、发明与意义 STM由格尔德·宾宁（Gerd Binnig）和海因里希·罗雷尔（Heinrich Rohrer）于1981年在IBM苏黎世实验室发明，为此他们与电子显微镜发明者恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。STM的诞生标志着纳米科技时代的开启，它不仅是一种强大的观测工具，更是实现原子操纵、推动纳米科技发展的基石。来源：诺贝尔奖官方网站对1986年物理学奖的官方介绍。

网络扩展解释

扫描隧道显微术（Scanning Tunneling Microscopy, STM）是一种基于量子隧道效应的纳米级表面成像技术，能够实现原子级分辨率的观测与操作。以下是其核心原理和特点的详细解释：

1.基本原理

量子隧道效应：当探针尖端与样品表面距离极近（通常小于1纳米）时，两者的电子云会部分重叠。此时若施加微小电压，电子会穿过势垒形成隧道电流。该电流强度与探针-样品间距呈指数关系（公式为 $I propto e^{-k s}$，其中 $k$ 为衰减常数，$s$ 为间距），因此微小距离变化会引起电流显著波动。
压电效应控制：通过压电陶瓷材料精确调节探针的三维位置，确保探针在扫描过程中保持恒定电流或高度，从而生成表面形貌图像。

2.核心工作模式

恒电流模式：探针随表面起伏上下移动以维持恒定电流，直接反映表面高度变化。
恒高度模式：探针保持固定高度，通过电流变化间接表征表面形貌。

3.技术优势

原子级分辨率：可观测单个原子排列（如金属表面的原子台阶）。
非破坏性：无需样品特殊处理，适用于导体和半导体材料。
多功能性：不仅能成像，还能通过调控电压实现原子级别的操纵（如移动或排列原子）。

4.应用领域

材料科学：分析晶体结构、表面缺陷及纳米材料特性。
纳米技术：构建量子点、纳米线等人工结构。
生物学：研究生物大分子表面形貌（需在真空或低温环境下操作）。

5.历史背景

由格尔德·宾宁（Gerd Binnig）和海因里希·罗雷尔（Heinrich Rohrer）于1981年发明，两人因此获得1986年诺贝尔物理学奖。

通过结合量子力学与精密机械控制，扫描隧道显微术为纳米科技提供了革命性的研究工具，其原理和应用仍在不断拓展。