三维原子探针技术

随着科学技术的发展，人们在研究微芯片、生物工程、纳米科学等一系列材料科学的重点领域时，常常需要直观的观察到原子在三维空间的排布，于是显微镜原子探针技术营运而生。早在1988年，以史密斯为代表的的牛津大学研究组用位置灵敏原子探针首先直观观察到了材料内部原子的三维排布。后来经过科研工作者的不断研究，在场离子显微镜（FIM）基础上不断改进和创新，发明了三维原子探针(3DAP)，也被称为原子探针断层分析术（APT）。

APT是一种能够表征材料内部三维原子分布图的先进微观技术，具有原子级分辨率与极高的化学分析精度。它可以逐个分析各种单质或化合物材料的样品表面、界面的不同元素原子，重构出纳米空间内不同元素原子的三维分布图形，并给出精准的元素空间含量分析。现已被广泛应用于高强钢、铝合金、钛合金、镍合金、高熵合金、地球科学等重点科学领域，并且在国内高校的科研测试中起着重要的作用。

APT的基本原理是通过对曲率半径小于100nm的针形样品施加一个较大的强电压脉冲，原子将发生场致蒸发，样品原子以正离子形式被蒸发，进而被观察屏收集，其间配备了飞行时间质谱仪，用于分析收集的原子种类及含量的多少。位于表面的原子相对于内部原子具有更高的位能，所以随着表面的原子被蒸发后，内部原子将紧挨着一个接一个的突出于表面，并随后逐个地被蒸发。场致蒸发可以用来对样品进行剥层分析，探测器能够精准记录每个原子的飞行时间和位置，进而使用计算机软件重构整个样品的三维结构信息。

参考文献：

[1]三维原子探针研制新进展[J].材料科学与工程,1995(04):63-64+66.

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