[发明专利]使用造影剂通过扫描隧道显微术检测试样的方法

说明书

本发明涉及一种检测试样的方法。

由Binnig和Rohrer已知借助于扫描隧道显微镜(STM)成像试样表面的方法(G.Binnig，H.Rohrer(1987)，Reviews of Modern Physics 59，615)。

扫描隧道显微术的理论是已知的。在扫描隧道显微测量中，该显微镜的导电尖端(Spitze)或针有规则地以扫描形式(in einem Raster)行经同样导电的检测对象。其中该尖端和对象表面无电接触，并由于其间的绝缘介质如空气或真空，在宏观间距下无电流发生。但如果使尖端靠近表面到原子量级，那么该表面和该尖端的电子的量子力学状态(轨道)重叠，使得发生电子交换的机率大于零，这在施加小电压时由隧道效应导致隧道电流。该隧道电流对最小的间距变化很敏感，因为该强度随间距呈负指数放大。

已知扫描隧道显微术的各种测量模式。在以恒定高度测量时，该尖端的高度保持恒定，并且隧道电流在扫描过程中变化。这种模式使得能快速扫描表面，但由于试样中的大的结构差别增大了针折断的危险。在具有恒定隧道电流的测量模式中，该隧道电流通过调节电路保持恒定，该尖端跟踪表面。在此方法中分辨率高，以致以原子尺度成像表面电子结构。

由Tersoff和Hamann(J.Tersoff和D.R.Hamann(1985)，PhysicalReview B 31，805)已知，借助于扫描隧道显微术可在价电子范围成像局部的电子状态密度(LDOS：local density of states)，这在化学上是非特异性的，并且其结构可扩展跨多个原子。

已提供有各种赋予该扫描隧道显微镜以化学敏惑性的附件。如由Stipe等(B.C.Stipe，M.A.Rezaei，和W.Ho(1998).Science 280，1732)已知利用非弹性隧道过程作为局部位置分辨的振荡频谱学的可能性。

由Qiu等(X.H.Qiu，G.V.Nazin，和W.Ho(2003)Science 299，542)已知应用分子或纳米结构的光学发光特性进行其光谱鉴定。

缺点是没有一个已知的方法可对各种各样的试样进行表面结构的原子-几何形状的化学成像。与测量模式无关，该通常的扫描隧道显微术仅在特殊情况下可成像检测对象的化学或原子-几何形状的结构。

该扫描隧道显微术的另一缺点是缺乏化学敏感性。这意味着，该方法不可鉴定化学物种，这导致虽可成像在侧向尺寸范围直至低于1埃的分子对象和表面结构，但通常不可进行化学或其它类型的鉴定。该扫描隧道显微镜不能对吸附的分子对象或原子表面结构提供清晰的可鉴定的指纹(Fingerabdruck)。这种不足的原因是该扫描隧道显微镜的已知的常规成像机理。

本发明的目的在于提出一种用扫描隧道显微镜检测试样的改进型方法，该方法可对尽可能多的不同试样进行原子-几何形状的化学的结构成像。本发明的另一目的在于提供一种用于检测试样的改进型扫描隧道显微镜。

本发明的目的是通过主权利要求的方法和通过副权利要求的扫描隧道显微镜实现的。其有利扩充方案各由引述它们的附属权利要求得出。

用扫描隧道显微镜检测试样的方法的特征在于，于该扫描隧道显微镜的尖端和/或试样上的在拍照时是隧道接触(Tunnelkontakt)的一部分的至少一个位置处，在拍照之前或拍照期间施加造影剂(Kontastmittel)，而在该位置将温度调节为低于或等于该造影剂的冷凝温度。

该方法的优越之处在于，用扫描隧道显微术首次可得到化学结构的原子-几何形状的成像。该原子-几何形状的成像具有非常高的和至今未知的灵敏度和分辨率。由此其赋予该扫描隧道显微镜至今未实现的结构和化学的灵敏度。鉴定分子对象的原子-几何形状的结构和由此导出分子对象的化学结构和其它对象的原子表面结构是本发明的直接主题。该方法允许根据纳米级试样的原子-几何形状结构和由此根据其化学结构来有利地鉴定该纳米级试样。

在本发明的一个实施方案中，在该方法期间提供气态的造影剂。其特别的优点是，可在该扫描隧道显微镜的尖端和/或试样上的在拍照时是隧道接触的一部分的至少一个位置处特别简单地施加造影剂。

作为造影剂可选择例如氢(H₂)或氘(D₂)或氚(T₂)或HD(氢-氚)或HT(氢-氚)或DT(氘-氚)或氦(He)或其它优选就原子量而言为轻质的气体。轻质气体的量子特性在用大对比度扫描该试样时有利地接通该隧道接触的电导(Leitwert)。也可提供由多种上述气体物质组成的混合物。