扫描隧道显微镜（STM），乍一听或许会以为陌生。
但它在科学界的地位可不一般——让人类能够不雅观察到单原子表面层的局域构造图像，是纳米科技领域中主要的一个工具，还赢得了诺贝尔奖。
仪器之精密，就不用多说了。
而来自加拿大麦吉尔大学的一位博士生小哥Berard，在家便低廉甜头了一台STM，而且还成功“拍”下了石墨碳原子的图像！
价格方面，专业的STM售价在3万美元至15万美元不等，但这位博士小哥的本钱，可能仅仅花费1000美元旁边！
即是一下子省出了几十万器材费了啊，有没有！
这不禁让网友们惊叹：
这也太极客了吧！
STM事理扫描隧道显微镜（STM）是一种放大倍率非常高的显微镜，乃至可以看到物体表面的原子。它的事理就蕴含在名字之中。
电子碰着绝缘体会被阻挡，就像人碰着了一壁墙。但是当绝缘体足够薄往后，量子力学的浸染开始突显。
随着“墙”越来越薄，电子开始能“穿过”绝缘体，到达另一侧的导体上，就彷佛在绝缘体上开了一个隧道，因此叫做隧道效应。
△量子隧道效应示意图，有一部分电子穿过墙达到右边
扫描隧道显微镜正是利用了这一事理。
当我们在探针和样品之间加上电压，二者之间的空气便是一堵墙，如果探针和样品之间足够近，电子就能跳过空气到达样品上，电路中将会产生电流。
这股电流的大小和探针样品之间间隔有关，根据电流大小可以反推出间隔，从而得出样品表面的高度数据，绘制出一张显微图像。
虽然STM事理并不繁芜，但是要自己DIY，还是有不少技能难点。
首先，为了达到原子级的分辨率，探针针尖必须足够细，最好尖端只有一个原子。
其次，探针和样品之间间隔很近，不到1nm，极其微弱的热膨胀或者外界振动，也有可能使二者打仗，导致针尖被撞毁。
末了一个难题是，如何精准掌握探针在平面上扫描。
如何DIY？STM探针的制作实在并不繁芜：取一根铂铱合金丝或钨丝，用剪线钳斜着剪断，并且轻轻拉动，得到尽可能细的尖端。
接下来是制作减震台。探针被固定在三块钢板上，钢板之间用橡胶粘连，然后挂载三根长弹簧上，只管即便降落系统的共振频率。
钢板的底部还安装了一个磁铁，当钢板摆动时，磁铁将不才方的铝块上感应出涡流，涡流又会产生反向的磁场抑制振动。
而掌握探针的方法是利用压电陶瓷，给这种材料两端加上电压便会伸缩，伸缩量与电压大小和方向有关。
△ 压电陶瓷纵向视图
△ 压电陶瓷侧视图
压电陶瓷像三明治一样，被夹在金属电极之间，给4片区域加上不同的电压就能掌握探针在平面上来回移动。
由于隧道电流非常小，常日为1nA量级，因此还要对获取的电流旗子暗记进行放大。
△ 探针电流放大电路
Berard还编写了一个Windows软件，来掌握扫描，并根据电流数据输出显微镜图像。他还在个人网站上给出了这个STM掌握软件和源代码。
然后，他用这个低廉甜头STM对金、铂、石墨等材料进行扫描，得到了非常俏丽的图像。
作者先容
这个项目的作者Dan Berard，是来自麦吉尔大学的一名博士生。
他的研究方向是纳米技能和生物物理学，专注于开拓“凸透镜—勾引约束”（CLiC） 显微镜技能，并将其用于线性扩展DNA分子以进行基因组剖析。
除此之外，Berard的一个爱好便是DIY一些电子产品，并由此延伸，他还与志同道合的小伙伴共同创办了ScopeSys这家公司，担当联合创始人兼工程卖力人。
网友：太极客了吧！
Berard的项目在网上可谓是引发了不小的热议。
在惊叹其自己能够DIY如此精密仪器之余，也有网友对这种“极客文化”揭橥了感慨：
极客文化切实其实令人惊叹！
人们在家中制作各种各样神奇的机器，许多已经成为天下级产品，乃至改变了人类的历史。
但纵不雅观Berard在此付出的努力，并不是那种“一挥而就”完成的，而是耗时多年心血。
而时至今日，他在的自己主页中依旧更新着这个项目的进展。
许多网友也在按照他的方法，自己上手做试验，对付网友们在DIY过程中碰着的bug，Berard也会积极做出回答和辅导。
是否也想打造一台专属STM？或许你也可以动手试试~
参考链接：[1]https://dberard.com/home-built-stm/[2]https://news.ycombinator.com/item?id=26740968[3]http://e-basteln.de/other/stm/applications/
— 完 —
量子位 QbitAI · 头条号签约
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