未完整的开尔文探针理论

开尔文探针测量是相对的。如果操作正确，它们可以揭示样品与探针尖端之间的接触电位差（CPD 或 Volta 电位）。如果已知探针的功函数，通常可以将此结果转换为样品的功函数。这种做法自19世纪仪器发明以来一直很常见。

问题在于，没有任何开尔文探针会跟踪其探针尖端功函数的变化。因此，测得的 CPD 包含了样品功函数与探针功函数的贡献，而这两个量是由一个方程式来表示其差异的未知量。因此，系统是不完整的，因为我们拥有的方程比未知量少。

这个问题不能通过使用像 HOPG 这样的功函数参考来解决，也不能通过将 CPD 测量与所谓的绝对光发射光谱（APS）相结合来缓解。”所谓的”是因为这种测量，尽管名称乐观，但与 CPD 测量本身一样是相对的。APS 遭遇相同的缺陷——未知量多于方程数。

完整的开尔文探针

最近，Instytut Fotonowy的研究人员发现了一个优雅的解决方案。他们发现，对开尔文探针硬件进行小幅修改，并重新设计测量程序，可以生成一个额外的未知量，同时也增加了两个线性方程！这意味着开尔文探针理论最终实现了完整性，因为它拥有与未知量数量相等的独立线性方程！

利用这一发现的系统称为完整开尔文探针。这个系统已经带来了令人惊讶的第一课。在环境空气中进行测量时，所谓的稳定金尖（图中的金色线）在CPD测量期间的变化远大于样品在湿度和温度变化时的变化。有关更多细节，请参见论坛帖子。

图示：相对湿度（橙色），温度（绿色），探针尖端的CPD（黄金色）。