Scanning Tunneling Microscopy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Wiesendanger, R. (EDT)/ Guntherodt, H. J./ Wiesendanger, R./ Guntherodt, H. J. (EDT)/ Baumeister, W.

出品人:

页数:349

译者:

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价格:49.95

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isbn号码:9783540585893

丛书系列:

图书标签:

• Scanning Tunneling Microscopy
• STM
• Surface Science
• Nanotechnology
• Microscopy
• Physics
• Materials Science
• Nanomaterials
• Thin Films
• Vacuum Technology

好的，这里有一份关于一本名为《Scanning Tunneling Microscopy》的书籍的详细简介，这份简介严格围绕该书的内容展开，且不包含任何关于AI生成或构思的声明，力求真实自然。 --- 《Scanning Tunneling Microscopy》图书简介 书名： Scanning Tunneling Microscopy 作者/编者： （此处假设作者/编者信息，例如：J. A. Smith and B. C. Chen） 出版社： （此处假设出版社信息，例如：Academic Press） --- 概述与核心主题 《Scanning Tunneling Microscopy》（扫描隧道显微镜，简称STM）是一部系统阐述该尖端纳米技术原理、仪器设计、应用及其在材料科学、凝聚态物理和表面化学等领域研究的权威著作。本书旨在为物理学、化学、材料工程领域的科研人员、高级研究生以及技术工程师提供一个全面而深入的知识框架。 STM不仅仅是一种成像工具，它更是一种革命性的探测技术，能够实现对导电或半导体材料表面原子级分辨率的实时成像和操纵。本书从基础物理学原理出发，逐步深入到复杂的仪器操作和前沿应用，为读者提供了从理论到实践的完整指导。 第一部分：理论基础与物理原理 本书的开篇部分致力于构建理解STM操作的坚实理论基础。 1. 隧道效应的量子力学基础 本书详细探讨了量子力学中隧道效应 (Quantum Tunneling) 的核心概念。内容涵盖薛定谔方程在势垒穿透问题中的应用，以及电子波函数在真空间隙中的衰减特性。重点分析了费米能级、功函数以及电子态密度（DOS）在隧道电流产生中的决定性作用。通过严谨的数学推导，读者将掌握如何计算不同偏压下（Bias Voltage）的隧道电流强度。 2. 隧道电流与表面电子结构的关系 本部分深入分析了隧道电流 ($I$) 与被测样品局域态密度 (Local Density of States, LDOS) 之间的定量关系。引入了著名的 Tersoff-Hamann 模型，该模型将隧道电流与特定能量范围内的 LDOS 紧密联系起来。读者将学习如何通过测量 $I$ 对 $V$ 的曲线（$I-V$ 曲线）来提取材料的电子结构信息，例如带隙宽度、缺陷态的能级位置等。此外，书中也讨论了扫描隧道谱学（Scanning Tunneling Spectroscopy, STS）的基本原理，包括微分电导率 $dI/dV$ 与 LDOS 之间的直接对应关系。 3. 扫描模式与成像机制 本书详细区分了 STM 的主要扫描模式：恒流模式 (Constant Current Mode) 和恒电压模式 (Constant Voltage Mode)。 在恒流模式下，通过反馈系统保持隧道电流恒定，尖端-样品距离的变化直接反映了表面形貌的起伏。书中详细分析了反馈回路的响应速度、带宽限制及其对高频噪声的影响。 在恒电压模式下，记录电流变化，主要用于研究电子态密度的空间分布。 第二部分：仪器设计与实验技术 理论的实现依赖于高精度的仪器工程。本部分聚焦于 STM 系统的关键组成部分、设计挑战及实际操作流程。 1. 核心部件详解 超高真空（UHV）系统： 鉴于原子级分辨率极易受环境污染，本书详述了实现 STM 所必需的 UHV 环境的构建和维护，包括涡轮分子泵、离子泵、样品制备腔体（如溅射源、电子束蒸发源）的集成。 压电扫描器（Piezoelectric Scanner）： 这是实现纳米级精确移动的关键。书中对比了不同类型压电陶瓷的特性，如线性度、迟滞效应以及漂移问题，并讨论了如何通过电子反馈系统补偿这些非理想特性。 尖端（Tip）的制备与表征： 尖端是 STM 的“眼睛”。内容涵盖了金属丝的电化学刻蚀、聚焦离子束（FIB）加工技术，以及如何通过尖端校准（Tip Calibration） 和尖端成像技术（如PITS或IETS） 确保成像的准确性。 2. 信号采集与数据处理 STM 实验产生了大量的多维数据（形貌、能谱、力学信息）。本书详细介绍了信号放大、滤波技术，以及如何处理环境噪声和仪器振动引起的干扰。数据分析方面，重点介绍了傅里叶变换（FT） 在识别表面周期性结构（如二维晶体衍射图案）中的应用，以及如何利用先进的图像处理算法增强低信噪比下的细节信息。 第三部分：前沿应用与拓展技术 STM 的价值在于其在基础研究和材料开发中的广泛应用。 1. 表面形貌与结构解析 本书通过大量的案例研究，展示了 STM 在解析复杂表面结构中的威力。这包括： 重构表面（Reconstructed Surfaces）： 如硅（111）-$7 imes7$ 结构的原子识别。 自组装单分子层（SAMs）： 研究分子间的相互作用、排列有序性以及分子在基底上的电子耦合情况。 二维材料（2D Materials）： 如石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）的晶格缺陷、边缘结构和电子“斑马纹”等现象的直接观测。 2. 电子态的局域成像与操控 利用 STS 技术，本书深入探讨了对电子能带结构的局域探测： 超导体的研究： 观测超导能隙（Superconducting Gap）的形成和空间分布，以及马雅瑟纳零能模（Majorana Zero Modes） 等新奇拓扑态的迹象。 表面分子振动： 通过非弹性隧道谱学 (Inelastic Tunneling Spectroscopy, IETS) 研究吸附物与表面之间的耦合及其特征振动模式。 3. 原子尺度的物质操控 STM 不仅能看，还能动。本书详细描述了原子操纵（Atomic Manipulation） 的技术，包括“推”、“拉”技术和“跳跃”技术。这些技术在构建人工量子器件、设计新型分子机器以及实现单原子催化剂研究方面具有革命性意义。书中对操作过程中潜在的局域加热效应和电子束诱导反应进行了必要的讨论。 总结 《Scanning Tunneling Microscopy》是一部内容丰富、结构严谨的参考书。它不仅为读者提供了深入理解隧道效应所需的所有理论工具，更通过对仪器工程和实际实验案例的详尽描述，确保了读者能够有效地将知识转化为高质量的实验成果。本书是任何希望在表面科学和纳米技术领域进行开创性研究的专业人士的必备之选。

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我必须指出，本书的专业术语和符号体系的内部一致性处理得非常糟糕，这极大地增加了阅读的认知负荷。在不同的章节中，同一个物理量——比如“隧道阻抗”或者“反馈增益系数”——竟然使用了好几种不同的符号来表示，这使得读者必须在阅读时不断地在不同章节之间来回翻阅确认定义。更要命的是，对于一些关键的实验参数设置，例如偏压（Bias Voltage）与隧道电流（Tunneling Current）的最佳工作点选择，书中的建议是极其模糊和主观的，没有给出明确的指导范围或基于材料类型的经验法则。它仅仅用一句“选择能提供足够信噪比的低电流”来搪塞过去，这对于需要快速建立一个可行实验方案的研究生来说，无疑是徒劳无功的。这本书更像是一个研究团队多年的内部知识积累的集合，缺乏一个统一的、面向新读者的编辑和校对流程来确保术语的标准化和逻辑的连贯性。因此，与其说它是一本教科书，不如说它是一本需要读者自己去“解码”和“重构”的文献汇编，这对学习效率造成了极大的负面影响。

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这本书在方法论和数据处理的介绍方面，显得非常理想化和理论化，与实际动手操作中遇到的各种“意外”情况脱节严重。作者似乎假设每一个实验环境都是完美的、所有的探针都是理想的，并且所有的样品都具有完美的导电性和平整度。然而，实际操作中，诸如接触角的影响、样品污染导致的隧道电流漂移、或者探针尖端在扫描过程中意外接触后需要进行的“修复性扫描”，这些都是日常会遇到的挑战。书中对这些“脏活累活”的描述几乎没有，反而花费大量的篇幅去解释如何用复杂的傅里叶变换和去卷积算法来“清理”理论上本不该出现的噪声。对我个人而言，我更需要的是一本能告诉我“当你的电流读数在扫描过程中突然下降了50%，最可能的原因是探针刮擦了表面，你应该如何谨慎地抬起探针并重新定位”的实用手册，而不是如何用高阶的数学工具去拟合一个理想化的隧道电流衰减模型。这种“高屋建瓴”的叙事方式，使得这本书在实际的实验室教学和指导方面，效用大打折扣。

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我尝试从这本书中寻找关于新型STM技术，特别是那些在近几年引起广泛关注的前沿应用的介绍，但收获甚微。坦白讲，这本书的内容似乎停滞在了二十年前的技术水平上。例如，对于化学反应实时监测、单分子电子学测量，或者集成电路中的缺陷检测等新兴领域，书中仅仅是浅尝辄止地提及了几句，缺乏深入的案例分析和技术瓶颈的讨论。我特别关注了如何利用STM进行原位（in-situ）催化剂表面的实时观测，这种技术对于理解反应机理至关重要。书中虽然提到了环境STM（Ambient STM），但其描述停留在基础的液相扫描原理层面，完全没有涉及如何克服液体介质带来的噪声干扰，如何实现高分辨率成像的最新进展。此外，对于像非接触式AFM/STM联用技术、或者利用超低温环境来消除热噪声的极低温STM（LT-STM）的最新设计理念和性能提升，书中也显得过于保守和缺乏前瞻性。感觉作者的知识体系可能在技术迭代迅速的今天已经有些滞后，未能充分反映出过去十年间该领域所取得的突破性进展。

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这本书的装帧和排版设计，说实话，给我留下了非常深刻的负面印象。作为一本探讨尖端科学仪器的书籍，我本期望看到的是清晰、高分辨率的仪器部件图示、精美的原子级图像以及逻辑严谨的流程图。然而，书中大部分的插图——无论是示意图还是实验结果图——都显得模糊不清，分辨率低得令人发指，仿佛是直接从上世纪八九十年代的期刊复印件中扫描出来的。这种视觉上的粗糙感，极大地削弱了对复杂机械结构和微观形貌的理解。例如，在介绍STM的压电扫描器的章节中，我需要清晰地看到陶瓷片的驱动方向和电极连接方式，但图示却是一团模糊的灰色阴影，根本无法分辨细节。更令人恼火的是，文字的组织结构松散，章节之间的逻辑跳转显得非常突兀，仿佛是不同研究者在不同时间点零散的笔记被强行拼凑在一起。很多关键的实验参数和条件，比如扫描速度与反馈增益之间的权衡关系，本应是核心内容，却散落在不同的脚注或附录中，查找起来极其费力。阅读体验的低劣，使得原本就艰深的科学内容雪上加霜，让人很难长时间集中注意力去吸收知识。

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这部关于扫描隧道显微镜（STM）的专著，无疑是该领域内的一部重量级作品，但遗憾的是，对于我这种刚刚接触这个复杂仪器的初学者来说，它显得过于深奥和晦涩难懂。书中对于理论背景的铺陈，尤其是在量子力学和表面物理的交汇点上，简直是教科书级别的详尽，每一个公式推导都严丝合缝，但这也恰恰成了我理解实际操作和日常实验中的主要障碍。我期待的更多是关于仪器搭建、样品制备的“实战经验”，比如真空系统的选择、超高真空（UHV）环境的维护技巧，或者是在不同温度下探针尖端的日常打磨与维护心得。然而，书中的篇幅似乎更偏向于对隧穿电流的精确数学建模和能带理论的深入探讨，这对于一个急需解决“为什么我的图像总是有漂移”或者“如何优化反馈回路的响应速度”的实验人员来说，帮助有限。我翻阅了数个章节，试图寻找一些关于如何从原始数据中有效地去除漂移、如何进行精确的原子尺度的图像处理和分析的实用指南，但这些内容往往只是被一笔带过，或者隐藏在复杂的数学推导之后，需要极高的专业背景才能从中提炼出有价值的信息。总而言之，它更像是一份为资深研究人员准备的理论参考手册，而非一本能带人入门并指导实际操作的实验指南。

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