亲手搭建原子级观测设备：OpenSTM终极指南

亲手搭建原子级观测设备：OpenSTM终极指南

【免费下载链接】OpenSTMOpenSTM - 一个扫描隧道显微镜项目，可能用于科研或精密工程领域。项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/op/OpenSTM

想要亲眼看到原子的排列吗？现在，通过OpenSTM开源项目，你可以亲手搭建一台扫描隧道显微镜，实现原子级分辨率的观测！这个项目已经成功在科学开源硬件期刊《HardwareX》上发表，证明了DIY STM的可行性。

🎯 为什么选择OpenSTM？

OpenSTM项目已经取得了令人瞩目的成果：

• 成功测量了隧穿距离-电流曲线
• 获得了热解石墨（HOPG）的偏压-电流曲线
• 实现了HOPG碳原子的清晰成像

🔧 硬件搭建全流程

第一步：获取项目文件

首先，你需要克隆项目仓库：

git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/op/OpenSTM

第二步：3D模型制作

在3DModels目录中，你可以找到外壳设计和CNC加工所需的STEP文件。这些文件包含了：

• 外壳组件设计
• 扫描头机械结构
• 样品台和固定装置

第三步：电路板制作

PCB目录提供了完整的电路设计文件，包括：

• 控制板原理图和PCB
• 电源板设计
• MCU主板布局

第四步：固件烧录

HardwareCode目录包含了ESP32单片机的控制程序。需要注意的是：

• 使用Platform IO进行开发
• ESP-IDF开发框架
• 确保Platforms-Espressif 32版本为6.0.0

💻 软件配置指南

上位机程序安装

PythonScript目录包含了完整的控制软件：

cd PythonScript pip install -r requirements.txt python main.py

📊 实际测量成果展示

距离-电流特性曲线

这是STM工作的核心原理 - 隧道电流随距离呈指数变化：

扫描隧道谱曲线

通过改变偏压来研究样品的电子结构：

原子级成像效果

项目成功实现了热解石墨（HOPG）的碳原子成像：

🚀 快速入门技巧

探针制备要点

• 使用Pt-Ir合金制作针尖
• 针尖锐度直接影响分辨率
• 建议制备多个备用针尖

减震系统配置

• 使用网球作为初级减震材料
• 环境振动是影响成像质量的主要因素
• 建议在夜间进行实验，减少环境干扰

样品处理技巧

• HOPG样品需要新鲜剥离
• 确保样品表面清洁无污染
• 适当的样品固定至关重要

🔍 常见问题解决方案

问题1：隧穿电流不稳定

• 检查减震系统
• 确认热膨胀匹配
• 验证电路连接

问题2：无法获得原子图像

• 优化针尖质量
• 调整扫描参数
• 检查样品制备过程

💡 进阶使用建议

一旦掌握了基本操作，你可以尝试：

• 不同材料的原子成像
• 表面形貌的三维重构
• 扫描隧道谱的深度分析

📈 项目发展历程

从2021年11月的不稳定隧穿，到2023年5月成功观察到碳原子清晰的轮廓，OpenSTM项目经历了多次迭代和优化。目前最新的V3.0.0版本已经能够完成：

• 基本的曲线测量
• HOPG原子成像
• 稳定的数据采集

🎉 现在就动手试试吧！

搭建自己的扫描隧道显微镜不再是遥不可及的梦想。通过OpenSTM项目提供的完整资源，你可以：

• 理解STM的工作原理
• 掌握精密仪器的搭建
• 获得原子级观测能力

记住：实践是最好的老师！开始你的原子探索之旅吧！

【免费下载链接】OpenSTMOpenSTM - 一个扫描隧道显微镜项目，可能用于科研或精密工程领域。项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/op/OpenSTM