探針をプローブとする分析技術

　表面の原子マッピングができるSTMでは、トンネル電流を測定するため、導電性の弱い半導体や、絶縁体を測定することが難しい。AFMでは探針の付いた小さなてこを表面に接触させて、トンネル電流ではなく探針の先の原子と表面の原子との原子間力が一定になるようにプローブの高さを変化させて表面の原子のマッピングを行う。

●　SPM（Scanning Probe Microscopy）

走査プローブ顕微鏡
鋭くとがった探針に電気的バイアスかけて試料表面に近づけていくと、表面と1nm程度近づいた時に、トンネル電流（ポテンシャル井戸に閉じこめられている電子の波動関数の浸みだしが隣のポテンシャル井戸の中にあるとき、非常に低い確率でポテンシャルを突き抜けて電子が移動する。）の量が一定になるように探針をスキャンさせていくと、表面の凹凸が観測されていく。これにより、面分解能0.6nm、垂直分解能0.01nmで原子の配列やステップまで観測できる。この時、プローブに仕組まれたファイバー等を利用して光起電力、発光、磁気力、エバーネッセント光を測定する様々な走査型分析手法の総称。
原子オーダで様々な物性を測定しマッピングする

●　STS（Scanning Tunneling Spectroscopy）

走査トンネル分光
STMを用いてスペクトロスコピーを行うことを総称して走査トンネル分光という。例えば、STMを使ってマッピングしながら、バイアスを変化させてトンネル電流の変化を測定することをkHzオーダで繰り返す電流像トンネル分光法（CITS）など。
様々な分光スペクトルとそのマッピング
エネルギー状態の空間分布の測定

●　CITS（Current Imaging Tunneling Spectroscopy）

電流像トンネル分光
STMを使ってマッピングしながら、バイアスを変化させてトンネル電流の変化を測定することをkHzオーダで繰り返す。
トンネル電流（電子）により、電子状態の空間分布測定
情報密度の濃いマッピング像。エネルギー状態の空間分布の測定

●　AFM（Atom Force Microscopy）

原子間力顕微鏡
表面の原子マッピングができるSTMでは、トンネル電流を測定するため、導電性の弱い半導体や、絶縁体を測定することが難しい。AFMでは探針の付いた小さなてこを表面に接触させて、トンネル電流ではなく探針の先の原子と表面の原子との原子間力が一定になるようにプローブの高さを変化させて表面の原子のマッピングを行う。原子間力を用いるので、試料の導電性には関係なく絶縁体表面も測定ができる。但し、AFMでは、単原子マッピングでは無く複数の原子が受ける平均的な原子の斥力を測っているケースが多く、STMでは観察可能な表面の単原子欠陥が見えない事が多い。また、探針は表面と接触しているので、観察をしながら表面を削っている。それでも原子オーダのステップが観察されるのは表面を削った特に探針に付いた表面のかす（フレーク）が表面の同じ格子定数を持ち、プローブにへばりついたそれが表面と接触しているためと考えられている。このため、最近では非接触タイプのAFMが開発されている。
試料表面の原子マッピング
絶縁体表面の原子オーダでの表面構造の画像が得られる。

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