带你去看一个奇异世界 

来源 :中学物理·高中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fy863
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  也可能提到奇异世界,各位同学立刻想到了小时候读过的童话故事《小人国》,一位叫格列佛的英国医生有一次航海飘[JP2]到了一个奇异世界,那儿的人身高都不满六英尺,故称为小人国.可是,我告诉你那还不够小,我们可以用STM看 到更小的世界.有多小?我们可以看到原子!先让我们欣赏一下下面两图.
  扫描隧道显微镜是如何“看”到原子的呢?这一问题要从理论上说清楚是非常复杂的,我们可以采用类比的方法加以叙述.我们知道,人之所以可以看到物体的形状,是因为光线射到了物体的表面,由于物体表面的差异,各部分反射到我们眼睛中的光线也有了相应的差异,从而看到了物体的形状.我们的眼睛越靠近物体表面,对其表面的差异也就看得越清楚.扫描隧道显微镜利用探针在非常接近样品表面时,来回逐行“看”样品表面,并通过电脑处理将其所“看”到的样品表面原子分布情况显示在屏幕上.只不过探针“看”样品表面的过程并不是通过样品表面反射的光线,而是像科学家形象地比喻为“盲人摸象”那样,其中探针像盲人的手指,由于这个“手指”特别的小,当其非常接近样品表面时,就会“感觉到”样品表面原子这样的“小东西”的凹凸情况,当探针在样品表面来回运动(扫描)时,原子凸起处,离探针的距离就小;原子凹陷处,离探针的距离就大.这一距离的变化,就会引起探针中电流的变化,它被电脑记录下来,再经过放大和处理,从而使人们看到了原子的真面目.
  3 扫描隧道显微镜基本组成及结构
  STM包括隧道针尖、三维扫描控制器、减振系统、头部探测系统、电子学控制系统和计算机软件系统四部分,各部分的关系如下图5所示.
  从上面的说明可以看出,扫描隧道显微镜最为关键的乃是“探针”,所以探针的制作非常重要,探针的针尖越小,对样品表面的凹凸情况描述得就越细致,分辨率越高.扫描隧道显微镜探针的一种其原材料就是纯度很高的铂金,毫不夸张地讲,这是中学阶段耗材最贵的实验了,因此探针的制作要非常地细心和耐心,同时也需要对科学执着地精神.
  4 纳米科技在我国中学教育阶段的发展
  发达国家政府纷纷提出优先发展纳米科技的国家战略,制定专门计划,加大投入,推动纳米科技的发展,抢占21世纪的科技战略制高点.纳米科技的兴起,对我国提出了严峻的挑
  战,也为我国实现跨越式发展提供了难得的机遇.
  在1988年,白春礼成功研制了国内第一台计算机控制、有数据分析和图像处理系统的扫描隧道显微镜,这一科学成就使我国在表面研究领域一步跨入了“原子世界”.1993年初,白春礼和超导专家赵忠贤合作推出了我国第一台低温STM,对于研究低温下材料的表面特性有重要的意义.
  中学纳米创新实验室受到了教育部的极大关注,教育部教育装备研究与发展中心将其作为教育部“十二五”规划重点课题之子课题进行研究与开发,先后在国内数个中学成功试点,比如苏州独墅湖学校是国内第一所纳米科技特色学校,北京第八中学是第一所举办纳米夏令营的学校,目前教育部努力向全国推广.
  STM的发展仅有数十年的历史,它使人们对微观世界的探索和研究大大前进了一步,并且作为桥梁使宏观世界和微观世界的距离大大缩短.纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点,它将引起21世纪又一次产业革命.希望各广大青少年朋友努力学习科学文化知识,促进我国在这一领域率先在国际上取得突破性进展,为人类发展做出更大贡献!
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