xucode2016 / OpenSTM

A Scanning Tunneling Microscope Project

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openSTM

简介

你好,本项目是一个旨在通过DIY来搭建一个原子级扫描隧道显微镜。

截止至2022年6月,本项目已经成功测量了隧穿距离-电流曲线、热解石墨(HOPG)的扫描隧道光谱曲线(STS)以及样品无尺寸定性成像。

开源文件结构介绍

*由于时间关系,详细的说明文档将在后续完善。

  • Archive
    该目录下为第一代显微镜的开源资料,详见其内readme
  • 3DModel
    该目录内包括了外壳设计文件、CNC加工所需的STEP文件
  • Software
    该目录下包括了单片机程序(使用ArduinoPlatformIO完成),用于控制单片机的Python程序(通过串口与单片机通讯,界面设计基于QT),用于转换扫描图像的Python程序。
  • Document 该目录下包括了在开发过程中参考的论文、数据手册。(如涉及版权问题,请提交Issue删除)

电路部分

  • 电路使用嘉立创EDA进行绘制,请移步OSHWHUB,点击右上方的“编辑器打开”。

成果

隧穿距离-电流曲线

D-I_curve
D-I_curve_diffrate

热解石墨(HOPG)的扫描隧道光谱曲线

STSCruve

热解石墨(HOPG)样品的无尺寸定性成像

repeat_test
SCANData-V-0.05-D1-S10-Z26450-R-1000to1000.xlsx
SCANData-V-0.05-D1-S10-Z32750-R-1000to1000.xlsx
SCANData-V-0.5-D1-S10-Z27575-R-1000to1000.xlsx

联系我

如果你也想制作一个STM显微镜,或者对我有什么建议的话,可以在此页面提交Issue。

开发记录

  • 2021/11

    不稳定隧穿

  • 2022/1/11

    开源页面提交

  • 2022/1/18

    减震台下加装了<网球>,减震效果拔群

  • 2022/2/05

    1)系统模拟部分供电改为9V电池供电,数字部分继续使用开关电源。
    2)ADP5070不工作了,奶奶的!为什么。
    3)在《 Construction of a scanning tunneling microscope for imaging of carbon nanotubes》P35中发现隧穿电流应在100pA - 10nA,按照现有运放的倍数应该关注1V以内的信号,之前看样子搞错了。
    4)OPA627的 开环电压增益有120dB, 输入偏置电流1pA,讲道理用100MΩ的反馈电阻应该是可行的?

  • 2022/2/16

    对运放的输入输出特性进行了测试,证明前级隧道电流放大电路是可行的。

  • 2022/3/14

    1)CNC加工的新结构加工完成
    2)摒弃LVGL与显示屏作为控制系统

  • 2022/3/21

    使用了新的结构系统、电路、控制系统进行了隧穿电流进近测试:
    1)隧穿电流初步稳定,能够维持十几秒。
    2)通过八个点的采样测试隧穿电流-压电陶瓷形变曲线发现基本符合指数特征。
    3)确认并不需要非常复杂的减震系统。
    4)基本确认之前出现的输出跳动现象为热膨胀的失配。

  • 2022/4/12

    1)在对进近机械结构中的步进电机进行热隔离调整后,隧穿电流已非常稳定,能够维持至少30分钟。
    2)对新的隧穿曲线进行分析,发现电流-压电陶瓷形变关系并不只是单纯的指数关系,结合老师给出的意见,怀疑有其他函数复合。初步怀疑为针尖与样品间形成的电容器导致的。
    3)完善了细进近控制算法,现在可以点击开始进近之后去打几把极地大乱斗。
    4)模拟部分供电由9V电池供电更换为3S锂聚合物电池供电。

  • 2022/4/20
    完成恒高模式下的STM图像扫描,并经过重复性实验验证,但无法确定图像尺度以及成像内容的完全可靠。

  • 2022/5/01
    攥写毕业设计论文。

  • 2022/5/04
    毕业设计论文攥写完成70%,开始编写恒流扫描算法。

  • 2022/6/16
    第二代显微镜开源资料公布

About

A Scanning Tunneling Microscope Project

License:MIT License


Languages

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