虫儿飞飞
扫描隧道显微镜实现原子级操纵是基于量子隧道效应，它在纳米科技领域具有关键作用，可精准操作原子。下面详细介绍其实现原子级操纵的原理和方式。
原理基础
扫描隧道显微镜的核心原理是量子隧道效应。当探针与样品表面距离极近时，电子会以一定概率穿越两者之间的势垒，形成隧道电流。通过检测隧道电流的变化，能获取样品表面的微观信息。
原子级操纵方式
- 侧向操纵：控制探针在样品表面横向移动，通过探针与原子间的相互作用力，推动或拉动原子，使其在表面移动到指定位置。例如，在金属表面将单个原子逐个移动，构建特定的原子排列结构。
- 垂直操纵：调整探针与原子之间的距离和作用力，使原子从样品表面吸附到探针上，或者从探针释放到样品表面特定位置。像硅表面的原子，可利用垂直操纵实现原子的提取和放置。
精确控制手段
- 反馈控制系统：实时监测隧道电流，并与设定值比较，自动调整探针与样品间的距离，确保操作过程稳定。
- 高精度定位系统：利用压电陶瓷等元件，实现探针在三维空间的高精度移动，定位精度可达皮米级别。
综上所述，扫描隧道显微镜利用量子隧道效应获取原子信息，通过侧向和垂直操纵方式实现原子移动，再借助反馈控制和高精度定位系统确保操纵精确性，从而达成原子级操纵。