掃描隧道顯微術英文解釋翻譯、掃描隧道顯微術的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【化】 scanning tunnel microscopy

分詞翻譯：

掃描的英語翻譯：

scan; scanning
【計】 fineness; scanning
【醫】 scanning

隧道的英語翻譯：

tube; tunnel
【醫】 cuniculus; histosiphon; tunnel

顯的英語翻譯：

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

微的英語翻譯：

decline; profound; tiny
【計】 mic-; micro-
【醫】 micr-; micro-; mikro-; mu

術的英語翻譯：

art; method; skill
【醫】 technic; technique

專業解析

掃描隧道顯微術（Scanning Tunneling Microscopy, STM）是一種利用量子力學中的隧道效應，在原子尺度上探測物質表面形貌及電子特性的超高分辨率顯微技術。以下是其詳細解釋：

一、核心定義與工作原理

漢英對照定義：
- 掃描 (Scanning)：指通過精密控制探針在樣品表面進行二維逐點移動。
- 隧道 (Tunneling)：指量子隧道效應。當探針針尖與樣品表面距離非常接近（通常小于1納米）時，在雙方施加一個微小偏置電壓後，電子會以一定概率穿越兩者之間的真空或介質間隙，形成隧道電流。
- 顯微術 (Microscopy)：指通過探測隧道電流的變化來成像，實現原子級分辨的表面觀測。
- 因此，STM (Scanning Tunneling Microscopy) 可定義為：一種通過掃描探針并檢測其與導電樣品表面之間産生的隧道電流來獲得表面原子級分辨率圖像的顯微技術。
工作原理： STM的核心在于利用量子隧道效應。探針（通常為尖銳的金屬針尖）與導電樣品表面接近至原子尺度距離（約0.3-1 nm）。在兩者之間施加偏置電壓（$V_b$）後，由于電子具有波動性，它們能夠“隧穿”過經典物理學認為不可逾越的勢壘間隙，形成隧道電流（$I_t$）。該電流的大小對針尖-樣品間距（$d$）極其敏感，遵循近似公式： $$ I_t propto V_b e^{-A sqrt{phi} d} $$ 其中：
- $I_t$ 是隧道電流
- $V_b$ 是偏置電壓
- $phi$ 是針尖與樣品材料的平均功函數
- $d$ 是針尖與樣品間距
- $A$ 是常數（約為1.025 eV^{-1/2} Å^{-1}）通過壓電陶瓷驅動器精确控制針尖在樣品表面進行三維掃描（X, Y方向移動，Z方向高度反饋），并實時監測隧道電流的變化或保持電流恒定而調節針尖高度，即可獲得樣品表面形貌的原子級分辨率圖像。

二、關鍵特性與優勢

原子級分辨率：STM最顯著的優勢是其空間分辨率在平行于表面方向可達0.1 nm，垂直于表面方向可達0.01 nm，能夠直接“看見”并操縱單個原子。來源：美國國家标準與技術研究院（NIST）相關研究概述。
實空間成像：不同于X射線衍射或電子顯微鏡等技術，STM直接在實空間中成像，提供直觀的表面原子排列信息。
工作環境靈活：可在超高真空、大氣、液體（如電解液）等多種環境下工作，為研究不同條件下的表面現象提供了可能。來源：IBM Almaden研究中心早期STM應用展示。
多功能性：不僅能獲取表面形貌（恒電流模式或恒高度模式），還能通過掃描隧道譜（STS）測量局域電子态密度（LDOS），研究表面的電子結構、能隙、缺陷态等物理化學性質。

三、主要應用領域

表面科學：研究金屬、半導體表面的原子結構、重構、吸附、台階、缺陷等。來源：如《表面科學報告》（Surface Science Reports）期刊中的大量STM研究論文。
納米科學與技術：在納米尺度上操縱原子/分子、構建納米結構、研究納米材料（如石墨烯、碳納米管、量子點）的原子結構和電子特性。來源：美國能源部下屬國家實驗室（如橡樹嶺國家實驗室）的納米研究項目介紹。
化學與催化：觀察催化劑表面活性位點、反應中間體、研究表面化學反應機理。來源：如《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）中利用STM研究催化的報道。
生物物理學：在適宜條件下（如溶液環境），可用于研究大分子（如DNA、蛋白質）在固體表面的吸附和結構。來源：生物物理學會（Biophysical Society）相關技術專題介紹。
材料科學：表征新型材料（如拓撲絕緣體、二維材料、超導體）的表面原子結構和電子性質。來源：如《自然-材料》（Nature Materials）、《科學》（Science）等頂級期刊上的STM研究成果。

四、發明與意義 STM由格爾德·賓甯（Gerd Binnig）和海因裡希·羅雷爾（Heinrich Rohrer）于1981年在IBM蘇黎世實驗室發明，為此他們與電子顯微鏡發明者恩斯特·魯斯卡分享了1986年諾貝爾物理學獎。STM的誕生标志着納米科技時代的開啟，它不僅是一種強大的觀測工具，更是實現原子操縱、推動納米科技發展的基石。來源：諾貝爾獎官方網站對1986年物理學獎的官方介紹。

網絡擴展解釋

掃描隧道顯微術（Scanning Tunneling Microscopy, STM）是一種基于量子隧道效應的納米級表面成像技術，能夠實現原子級分辨率的觀測與操作。以下是其核心原理和特點的詳細解釋：

1.基本原理

量子隧道效應：當探針尖端與樣品表面距離極近（通常小于1納米）時，兩者的電子雲會部分重疊。此時若施加微小電壓，電子會穿過勢壘形成隧道電流。該電流強度與探針-樣品間距呈指數關系（公式為 $I propto e^{-k s}$，其中 $k$ 為衰減常數，$s$ 為間距），因此微小距離變化會引起電流顯著波動。
壓電效應控制：通過壓電陶瓷材料精确調節探針的三維位置，确保探針在掃描過程中保持恒定電流或高度，從而生成表面形貌圖像。

2.核心工作模式

恒電流模式：探針隨表面起伏上下移動以維持恒定電流，直接反映表面高度變化。
恒高度模式：探針保持固定高度，通過電流變化間接表征表面形貌。

3.技術優勢

原子級分辨率：可觀測單個原子排列（如金屬表面的原子台階）。
非破壞性：無需樣品特殊處理，適用于導體和半導體材料。
多功能性：不僅能成像，還能通過調控電壓實現原子級别的操縱（如移動或排列原子）。

4.應用領域

材料科學：分析晶體結構、表面缺陷及納米材料特性。
納米技術：構建量子點、納米線等人工結構。
生物學：研究生物大分子表面形貌（需在真空或低溫環境下操作）。

5.曆史背景

由格爾德·賓甯（Gerd Binnig）和海因裡希·羅雷爾（Heinrich Rohrer）于1981年發明，兩人因此獲得1986年諾貝爾物理學獎。

通過結合量子力學與精密機械控制，掃描隧道顯微術為納米科技提供了革命性的研究工具，其原理和應用仍在不斷拓展。