1981年，Gerd·Bining和Heinrich·Rohrer发明了扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope, STM）。该技术在实空间具有原子级的分辨率，在物理、材料、生物等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一。为表彰他们的突出贡献，于1986年授予了他们诺贝尔物理学奖。[1]

图1 Gerd·Bining和Heinrich·Rohrer

　　扫描隧道显微镜的原理是量子隧穿效应。将样品和针尖看作两个电极，二者间的真空区域当作势垒区，如图2所示，样品-真空-针尖就组成了一个金属-绝缘体-金属的隧道结。因此，隧道电流为： I∝Vρs(Ef)e-2kd 其中，V是偏压，ρs(Ef)是样品费米能级处的局域态密度，k=√2mΦ/ћ，d是样品和针尖的距离。[2] 因此，通过隧道电流的大小就可以获取样品的表面形貌

图2：一维金属-真空-金属隧道结

　除原子分辨成像之外，扫描隧道谱（Scanning Tunneling Spectroscopy, STS）的测量有着更重要的意义。在实际测量中，隧穿电流既与样品中电子的占据态数目有关，也和针尖中相同能量上的未被占据态的数目有关： I∝∫_0^eV▒〖ρ_s (E_F-eV+ɛ)ρ_T (E_F+ɛ)dɛ〗 若针尖的态密度为常数，则： dI/dV∝ρ_s (E_F-eV+ɛ) 从而获得样品态密度的信息，研究电子结构。 在超导研究中，STS能帮助我们获得超导能隙大小。运用准粒子干涉方法（Quasiparticle Interference, QPI），可以进一步获得能隙对称性、费米面等重要信息。

图3 FeSe的STS[3]

　　组内自主设计并搭建的极低温强磁场扫描隧道显微镜，能够实现300mK的极低温，装配有9-2-2T的矢量超导磁体以及原位的分子束外延（Molecular Beam Epitaxy, MBE）系统。在超导体及其他量子材料的研究中具有十分突出的优势。

参考文献
[1]. Nayfeh, Munir H. Fundamentals and Applications of Nano Silicon in Plasmonics and Fullerines: Current and Future Trends. Elsevier, 2018.
[2]. Chen, C. Julian. Introduction to scanning tunneling microscopy. Oxford University Press on Demand, 1993.
[3]. P. O. Sprau et al., Discovery of orbital-selective Cooper pairing in FeSe. Science 357, 75-80 (2017).