[发明专利]一种可测量原子间作用力的扫描隧道显微镜及其测量方法

权利要求书

1.一种可测量原子间作用力的扫描隧道显微镜，包括设有探针(1-1)的扫描头(1)，设置有电流/电压转换器(2-1)和低通电压放大器(2-2)的前置放大器(2)，以及扫描隧道显微镜控制器(4)，其特征在于还设置有频谱分析器(3)，且所述前置放大器(2)还设置有带通电压放大器(2-3)，所述频谱分析器(3)分别连接带通电压放大器(2-3)和扫描隧道显微镜控制器(4)，所述低通电压放大器(2-2)和带通电压放大器(2-3)并联，其共同输入端连接电流/电压转换器(2-1)的输出端，低通电压放大器(2-2)的输出端连接扫描隧道显微镜控制器(4)，带通电压放大器(2-3)的输出端连接频谱分析器(3)，所述探针(1-1)采用导电金属探针。

2.一种可测量原子间作用力的扫描隧道显微镜的测量方法，其特征在于采用权利要求1的扫描隧道显微镜测量被测样品的隧道电流的同时，通过频谱分析器对隧道电流进行频谱分析，获得探针的机械共振频率及其变化，从而计算出探针和被测样品的原子间的作用力及其变化，所述探针和被测样品的原子间的作用力F_ts计算如下：

设定探针振动的动力学模型，该模型中探针的有效质量为m，有效弹性系数为k；在自由状态下探针机械共振的本征频率ω₀表示为ω₀≡(k/m)^1/2；

探针在外力作用下的本征频率与其在自由状态下的本征频率ω₀的关系为其中k_ts是探针和被测样品间的作用力F_ts的力梯度；

力梯度k_ts与和ω₀的关系为通过测量得到探针和被测样品原子间作用力的梯度k_ts，经积分计算便可得到其互作用力F_ts。