Ge(112)-(4×1)-In表面重构的原子结构

用扫描隧道显微镜(STM)研究了亚单层In原子引起的Ge(112)-(4×1)-In表面重构.结合随偏压极性不同而显著不同的STM图象和相应的“原子图象”,为这个重构提出了一个原子结构模型,供进一步研究参考.其中,In原子的吸附位置与它在Si(112)表面的吸附位置一致,但与Al原子和Ga原子在Si(112)表面的吸附位置不同.这个吸附位置的不同主要是由In原子较长的共价键键长引起的 关键词： 表面结构 In Ge 扫描隧道显微镜(STM)     

洞察表面原子和电子结构的隧道显微镜

具有原子显象能力的扫描隧道显微镜(STM,scanning tunneling microscopy),不仅能在原子尺度范围内显示定域的表面原子结构的象,而且能同时获得定域的表面电子结构等方面的信息.对长期争执不休的Si(111)7×7,Au(110),Au(100)的表面再构及氧在Ni(110)表面吸附等复杂问题,首次给出准确可靠的表面原子结构的信息.STM的发明使人们对原子世界的认识大为深化,同时也打开了一个广阔的研究和应用领域.为表彰发明人作出的重大贡献,G.Binnig和H.Rohrer获得了1986年诺贝尔奖金物理奖(与电镜发明人鲁斯卡分享). 1992年,在凝聚态国际会议上发布STM…     

Na原子在Si(111)-(7×7)表面的吸附:从二维原子气到纳米团簇阵列

作者利用扫描隧道显微镜 (STM)详细研究了室温下Na原子在Si(111) (7× 7)表面的吸附 .对STM图像及功函数变化的分析表明 ,当Na原子覆盖度小于临界覆盖度 (0 .0 8ML)时 ,Na原子具有类气态的性质并可以在一个吸附能阱中快速移动 .从STM图像可看出这种移动导致的对比度调制 .在临界覆盖度以上 ,Na原子自组装形成团簇阵列 .第一原理模拟计算的结果与作者的实验结论很好吻合 .     

石墨单晶表面原子的扫描隧道显微象

扫描隧道显微镜(STM)是近几年发展起来的一种直接观察物质表面微观结构的仪器.利用量子隧道效应,将极细的金属针尖接近样品表面扫描,从而获得样品表面的三维图象,可以反映表面原子排列和原子形态.图1是我们设计制造的扫描隧道显微镜原理图.采用压电陶瓷管P作为x,y和z方向的三维扫描器件.管表面等分为相邻90°的四个电极,针尖T固定在其中的一个电极上.尖端曲率半径为100nm左右的金属针尖,可用化学腐蚀法制备.两对电极上施加扫描电压时,针尖便在垂直于管轴z的x-y方向扫描,而z方向的高低变化则由加在内管壁上的电     

原子力显微镜

1981年G.Binnig和 H.Rohrer研制了第一台扫描隧道效应显微镜(STM)[1].STM是利用样品表面和探针之间的隧道电流进行观测的.由于隧道电流对针端与样品之间的距离极端敏感,当针端在样品表面上扫描时,若样品表面结构有极小的起伏,就会使隧道电流有可观的变化,于是STM就可以通过反馈机构用压电元件控制针端运动,使隧道电流恒定,也就是使针端与样品表面之间的距离保持恒定,这样再用计算机处理针端的运动数据,就可以在荧光屏或绘图仪上显示出小到原子尺度的表面特征.不过STM要用电子隧道电流,因而不能直接用来检验绝缘体.1986年,G.Binnig等…     

激光应用 其他应用

TN249 2005031798 激光对吸附在Si(111)7×7和Si(100)2×1表面上的C60 的不同作用=Different effects of laser on C60 adsorbed on the Si(111)7×7 andSi(100)2×1 surfaces[刊,中]／赵风周 (中国科学技术大学结构分析中心,合肥微尺度物质科学 国家实验室．安徽,合肥(230026)),崔雪峰…∥电子显微 学报．-2005,24(1)．-6-10 利用超高真空扫描隧道显微镜(UHV STM),在室温 下研究沉积了约0．005的C60分子的Si(111)7×7和Si (100)2×1再构表面在波长为266nm的激光束轰击前后     

c(2×2)O吸附Cu(001)表面结构、电子态与STM图像的研究

用投影子缀加波和CP分子动力学方法研究了贵金属Cu(001)面的表面结构、弛豫以及O原子的c(2×2)吸附状态. 研究结果得出在这种吸附结构中，O原子与衬底Cu原子之间的垂 直距离约为0069nm，Cu—O键长为0.194nm，功函数约为5.29 eV；吸附O原子形成金属性能带结构，由于Cu—O的杂化作用,在费米能以下约6.7 eV处出现了局域的表面态.用Tersoff-Hamann途径计算了该表面的扫描隧道显微镜图像，并讨论了与实验结果之 间的关系. 关键词： Cu(001)-c(2×2)/O 电子态 STM图像     

扫描隧道显微镜在工业上的一些应用

用扫描隧道显微镜[1-3](STM)探测原子量级的表面结构,是大家熟知的.除了观察材料表面的原子和分子外,在工业上人们常用STM来研究样晶的表面特征,扫描范围可以从0.01μm到 200.00 μm..这样的分辨率,扫描电镜(SEM)也能达到.不过,SEM测不出Z方向的微小距离,而STM却可保持在Z方向有较高的分辨率.因此,在工业上用STM观察在Z方向有微小高差特征的表面结构,例如光滑轴承表面的抛光情况,衍射光栅上锯齿形刻槽的深度,圆珠笔中圆珠表面的粗糙程度等,是十分有效的.这里,我们将介绍用STM测量袖珍唱片(CD)和集成电路(IC)所得到的结果. CD片…     

原子力显微术

德国的G.Binnig和瑞士的H.Rohrer研制成功能观察到物体表面原子象的具有超高分辨率的扫描隧道显微镜(scanning tunnelingmicroscope,简记为STM),并因此而获得了1986年诺贝尔奖金物理学奖.STM的出现,导致了许多用针尖在物体表面上扫描这种形式的,但具有不同“扫描探头”的显微镜的出现.原子力显微镜(atomic force　microscope,简记为AFM)就是这类新装置中的一种. G.Binnig 早在1985年就提出了原子力显微镜的设想.STM是用隧道电流来成象的.G.Binnig想到为什么不用力来成象呢?如果能用力来成象,会比用电流来成象更优越.因为它不仅能用…     

金红石型TiO2(110)表面性质及STM形貌模拟

采用密度泛函理论从头计算了金红石型TiO2(110)表面的相关性质,切片模型含有9层原子,采用化学整比表面结构,晶胞真空层厚度为1.5nm,原子价电子采用超软赝势表达.差分电子密度分布图发现原子附近区域电子密度分布以球对称为主,电子定域形成离子键的趋势较强,但在Ti和O原子之间存在较弱的共价键.模拟了金红石型TiO2(110)表面结构的扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,简称STM)图像,利用Tersoff-Hamann的成像理论,在 2 V的正向偏压下,采用一系列变化的数值作为STM探针离表面桥式氧的距离,分析了相关态密度的变化,发现(110)表面的STM形貌凸起部分来自于5-Ti原子,而不是2-O原子(桥式氧),在TiO2(110)表面结构成像中,电子效应起主导作用,证实了STM实验观察到的亮行是Ti原子的结果.     

金红石型TiO2(110)表面性质及STM形貌模拟

采用密度泛函理论从头计算了金红石型TiO₂(110)表面的相关性质,切片模型含有9层原子,采用化学整比表面结构,晶胞真空层厚度为1.5nm,原子价电子采用超软赝势表达.差分电子密度分布图发现原子附近区域电子密度分布以球对称为主,电子定域形成离子键的趋势较强,但在Ti和O原子之间存在较弱的共价键.模拟了金红石型TiO₂(110)表面结构的扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,简称STM)图像,利用Tersoff-Hamann的成像理论,在+2V的正向偏压下,采用一系列变化的数值作为STM探针离表面桥式氧的距离,分析了相关态密度的变化,发现(110)表面的STM形貌凸起部分来自于5—Ti原子,而不是2—O原子(桥式氧),在TiO₂(110)表面结构成像中,电子效应起主导作用,证实了STM实验观察到的亮行是Ti原子的结果. 关键词： 功能材料 密态泛函理论 表面结构 STM像     

扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜(Scanning tunneling microscopy,简称STM)是80年代初由IBM苏黎世实验室的Binnig、Rohrer、Gerber和Weibd发明的.这是一种近几年发展迅速的研究物质表面结构的新技术.1982年Binnig和Rohrer用他们研制的STM进行了第一次成功的实验,1983年又第一次用它看到了Si(7×7)重构表面的原子分     

Cu(100)表面c(2×2)-N原子结构与吸附行为研究

用密度泛函理论的总能计算研究了金属铜(100)面的表面原子结构以及氮原子的c(2×2)吸附状态.研究结果表明：在Cu(100) c(2×2)-N表面系统中，氮原子处于四度配位的空洞(FFH)位置，距离最表面铜原子层的垂直距离为0.20?，最短的Cu—N键长度为1.83?.结构优化的计算否定了被吸附物导致的表面再构模型，即c(2×2)元胞的两个铜原子在垂直于表面方向发生相对位移，一个铜原子运动到氮原子之上的模型.该吸附表面的功函数约为4.65eV, 氮原子的平均吸附能为4.92 eV(以孤立氮原子为能量参考点).计算结果还说明，Cu—N杂化形成的表面局域态的位置在费米面以下约1.0 eV附近出现，氮原子和第一层以及第二层铜原子均有不同程度的杂化作用.该结果为最近有关该表面的STM图像的争论提供了判据性的第一性原理计算结果. 关键词： Cu(100) c(2×2)-N 表面吸附态 密度泛函总能计算     

超高真空原子尺度Aux/Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布测量

原子尺度表面吸附Au原子的物理化学性质对研究纳米器件的制备以及表面催化等起着非常重要的作用.利用调频开尔文探针力显微镜研究了室温下Au在Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布的特性.首先,利用自制超高真空开尔文探针力显微镜成功得到了原子尺度Au在Si(111)-(7×7)不同吸附位的表面形貌与局域接触电势差(LCPD);其次,通过原子间力谱与电势差分析了Au/Si(111)-(7×7)特定原子位置的原子特性,实现了原子识别;并通过结合差分电荷密度计算解释了Au/Si(111)-(7×7)表面间电荷转移与Au的吸附特性.结果显示,Au原子吸附有单原子和团簇形式.其中,Au团簇以6个原子为一组呈六边形结构吸附于Si(111)-(7×7)的层错半单胞内的3个中心原子位;单个Au原子吸附于非层错半单胞的中心顶戴原子位;同时通过电势差测量得知单个Au原子和Au团簇失去电子呈正电特性.表面差分电荷密度结果显示金在吸附过程中发生电荷转移,失去部分电荷,使得吸附原子位置上的功函数局部减少.在短程力、局域接触势能差和差分电荷密度发生变化的距离范围内,获得了理论和实验之间的合理一致性.     

STM/STS实验中单电子隧道现象的观测

报道在低温(4.2K)条件下利用STM/STS实验方法对过渡族金属二硫族化合物1T-TaSe₂的观测结果,明确得到了1T-TaSe₂中电荷密度波超晶格以及原子晶格的直观图像,并且给出了有关电荷密度波能隙的隧道谱结果,通过选择高纯度Fc以及不锈钢金属材料作为探针,还得到了单个隧道结构中单电子隧道(SET)效应的实验证据,即“库仑阻塞”(Coulomb blocade)效应,并以此说明STM隧道结中探针表面氧化层对实验结果的影响。     

推荐《扫描隧道显微术及其应用》一书

20世纪末期,人类认识自然的手段有极大的进步,其中在时间和空间的测量方面已达到飞秒级和原子级.扫描隧道显微术(STM)的发明(1986年获诺贝尔物理奖),使人们可以直观地观测原子,这无疑对研究物质的表面结构以及被吸附在表面上的任何分子、原子及原子、分子的排布状况前进了一大步,具有巨大的理论及实际意义.白春礼研究员的近著《扫描隧道显微术及其应用》一书于1992年由上海科学技术出版社出版.这是一本内容广泛、学术水平高、深入浅出的学术专著.国际上关于STM的专著也几乎与本书同时问世.本书可以列为国际STM专著最早出版新书之一.为此…     

钴原子及其团簇在Rh(111)和Pd(111)表面的扫描隧道显微学研究

利用扫描隧道显微镜和扫描隧道谱(STM/STS)及单原子操纵,系统研究了单个钴原子(Co) 及其团簇在Rh (111)和Pd (111)两种表面的吸附和自旋电子输运性质. 发现单个Co原子在Rh (111)上有两种不同的稳定吸附位,分别对应于hcp和fcc空位, 他们的高度明显不同,在针尖的操纵下单个Co原子可以在两种吸附位之间相互转化. 在这两种吸附位的单个Co原子的STS谱的费米面附近都存在很显著的峰形结构, 经分析认为Rh (111)表面单个Co原子处于混价区,因此这一峰结构是d轨道共振 和近藤共振共同作用的结果.对于Rh (111)表面上的Co原子二聚体和三聚体, 其费米面附近没有观测到显著的峰,这可能是由于原子间磁交换相互作用 和原子间轨道杂化引起的体系态密度改变所共同导致.与Rh (111)表面不同, 在Pd (111)表面吸附的单个Co原子则表现出均一的高度.并且对于Pd (111)表面所有 单个Co原子及其二聚体和三聚体,在其STS谱的费米面附近均未探测到显著的电子结构, 表明Co原子吸附于Pd (111)表面具有与Rh (111)表面上不同的原子-衬底相互作用与自旋电子输运性质.     

表面偶极子对扫描电子显微镜共振电子注入的影响

用共振电子注入法和第一性原理计算研究了硒(Se)单原子在Si(111)-7×7表面的吸附. 理论结果表明由于不同的电负性,表面Si原子会向吸附的Se原子发生电子转移,从而导致一个0.61 eV的表面偶极子形成. 该表面偶极子改变了Si表面的有效隧道能垒同时导致在样品和扫描电子显微镜针尖之间真空间隙中共振态能级的移动. 并且0.61 eV的表面偶极子会引起共振电子注入偏压向高电位移动0.45 V.     

低维原子/分子晶体材料的可控生长、物性调控和原理性应用

本文介绍了高鸿钧课题组在物理所20年来的部分代表性工作.研究的主要方向为低维纳米功能材料的分子束外延可控制备、生长机制、物性调控及其在未来信息技术中的原理性应用.从材料的可控制备入手,结合第一性原理的理论计算,阐明材料生长机制和结构与物性的关系,进而实现物性调控和原理性应用.主要内容有:1)纳米尺度"海马"分形结构的形成及其生长机制;2)STM分辨率的提高及最高分辨Si(111)-7×7原子图像的获得;3)固体表面上功能分子的吸附、组装及其机制;4)稳定、重复、可逆的纳米尺度电导转变与超高密度信息存储;5)固体表面上单分子自旋态的量子调控及其原理性应用;6)原子尺度上朗德g因子的空间分辨及其空间分布不均匀性的发现;7)晶圆尺寸、高质量、单晶石墨烯的制备及原位硅插层绝缘化;8)几种新型二维原子晶体材料的可控构筑及其物性调控;9)"自然图案化"的新型二维原子晶体材料及其功能化.这些工作为低维量子结构的构造、物性调控及其原理性应用奠定了基础.     

氧在Nb(110)表面吸附的第一性原理研究

通过第一性原理赝势平面波方法研究了氧在Nb(110)表面的吸附性质随覆盖度变化规律. O在Nb(110)表面最稳定吸附位是洞位,次稳定吸附位是长桥位. 在长桥位吸附时, O诱导Nb(110)表面功函数随覆盖度的增加而几乎线性增加;但当O在洞位吸附时, 与干净Nb表面相比, 覆盖度为0.75 ML和1.0 ML时功函数增加, 而覆盖度为0.25 ML和0.5 ML时功函数减小.通过对面平均电荷密度分布和偶极矩变化的讨论, 解释了由吸附导致功函数复杂变化的原因.通过对表面原子结构和态密度分析, 讨论了O在Nb表面吸附时引起表面原子结构变化以及O和Nb(110)表面原子的相互作用.