物质表面的微观世界——封一、封四的说明

 在表面物理、表面化学和材料科学的某些领域中,表面的重要性自不待言.但在原子、分子尺度上,物质表面的微观世界究竟如何,在扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)发明之前,人们并没有任何一种实验手段可在实空间内直接观察物质表面一个或几个原子层的微观结构.因此,世界上第一台STM的发明者,IBM公司苏黎世实验室的葛·宾尼(Gerd Binnig)博士和海·罗雷尔(Heinich Rohrer)博士荣获了1986年度诺贝尔物理奖.STM的问世,使人类第一次能够实时观察到原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质,被科学界誉为是对表面科学和表面现象分析技术的革命.     

原子尺度的欧姆表

一种高度稳定的扫描隧道显微镜(STM)可以在小于原子尺度范围精密测量金属的电学性能。扫描隧道显微镜可以在表面对单个原子成像,或者移动单个原子。研究人员最近进一步提高了这个仪器的精确性,可以对铅表面单个原子附近不同位置的电导进行测量。这个结果或许有助于揭示金属和超导体的性质的差异,未来或许可以用于纳米加工技术。一台STM的探针非常尖锐,尖端只有一个原子,将探针在真空中操控到距离表面极近的位置。电子可以在加有电势的间隙之间越过,或者称隧穿。当探针在表面运动时,记录通过探针的电流可以对表面成像。另外一种STM技术是将探针保持与表面接触,使得探针原子与样品表面形成化学键。研究人员使用这种被称为点接触技术,可以测量一种材料原子尺度的电导性质,了解在量子物理中电流是如何流动的,此时传统的欧姆定律不再成立。     

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…     

天冬氨酸在Cu(001)表面吸附的扫描隧道显微镜研究

用扫描隧道显微镜(STM)研究了室温下天冬氨酸在Cu(001)表面的吸附行为.实验发现,在较 低的覆盖度下,天冬氨酸分子在Cu(001)表面存在两种吸附状态.从STM数据估算出两种吸附 状态下天冬氨酸分子在Cu(001)表面的扩散激活能分别为079±001eV,088±005eV. 随着覆盖度的提高,天冬氨酸分子最终在Cu(001)表面形成一均匀衬度的吸附层,但并不形 成有序吸附结构,也不能使台阶发生小面化.天冬氨酸分子的这些吸附特点是迄今研究过的 所有氨基酸在Cu(001)表面吸附时不具有的. 关键词： 表面吸附 扫描隧道显微镜 氨基酸     

基于脉冲电压STM的单原子识别预研究装置

建立起一套工作于真空环境下的基于脉冲电压扫描隧道显微镜(STM)的单原子识别预研究装置.该装王主要由脉冲发生器、真空系统和STM系统三部分组成,能够在5×10-5Pa的真空环境下进行快脉冲STM实验.利用此装置,进行了单个快脉冲诱导的石墨表面超大周期结构的脉冲实验以及脉冲偏压不破坏STM针尖和样品表面的阈值实验.     

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     

铁氧化物中电子隧道现象的扫描隧道显微术研究

报道了利用扫描隧道显微术(STM)对金属表面氧化物层进行电子隧道谱研究的结果。在对两类铁晶体表面氧化层进行的隧道谱和势垒高度测量结果进行分析后表明,常温条件下形成的氧化层(Ⅰ类)应主要是Fe₃O₄;而在高温氧化条件下形成的表面层(Ⅱ类)的主要成分则应是Fe₂O₃。从而表明(STM)可用于研究铁表面氧化过程的不同阶段,并且由Ⅰ类氧化层的低势垒特性说明STM还可以用于观测此类氧化层的内部结构。类似研究方法还可应用到对一系列 关键词：     

更新型的扫描隧道显微镜

20世纪重要的发明之一就是扫描隧道显微镜 ,简称为STM .它能对金属及其他导电表面给出原子水平上的形态结构图 .最近美国科罗拉多矿学院的P .Sutter教授对STM设计了一种新的技术 ,称之为“能量过滤STM” .这项技术类似于在普通显微镜上加一个“颜色滤波片” ,使我们能方便地在摄影时分辨出想要寻找的特征 .同时 ,“能量过滤STM”也使我们能容易地区分出一些具有相似化学性质的原子 ,这类原子用其他手段常常很难分辨 .“能量过滤STM”还能确认在表面上的各种类别的化学键 .一般的STM是使用一个金属的探针 ,它对导电表面上的高能电子…     

表面科学中的单分子研究

简要介绍了表面科学中单分子研究的主要技术手段、研究现状及其发展趋势,特别介绍了扫描隧道显微术（scanning tunneling microscopy,STM)在此研究领域的重要作用以及所获成果等,内容涉及STM技术的特点,材料的表面结构、表面吸附分子的观察、基体对吸附分子成像的影响以及分子操纵和分子器件的构筑等。     

探秘Ir（111）表面的硅烯结构

Ir(111)表面制备的硅烯(STM图像，模拟的STM图像和弛豫原子模型)。该研究成果提供了一种新的制备高质量硅烯的方法，相关结果发表在Nano Letters，2013，13：685上。被Nature引用报道[Nature，2013，495：152]，指出该工作是制备硅烯的又一种途径，是目前国际上报道的制备硅烯的三种方法之一。Ir(111)表面制备的硅烯(STM图像，模拟的STM图像和弛豫原子模型)。该研究成果提供了一种新的制备高质量硅烯的方法，相关结果发表在Nano Letters，2013，13：685上。被Nature引用报道[Nature，2013，495：152]，指出该工作是制备硅烯的又一种途径，是目前国际上报道的制备硅烯的三种方法之一。     

扫描隧道显微镜

近几年来,利用在真空中金属表面隧道效应的原理来设计的扫描隧道显微镜(ScanningTunneling Microscopy,缩写为 STM),它真实、直观,且具有0.1nm量级的超高分辨率.由于它的分辨率低于元素晶体的晶格常数(一般<1nm),因此它是研究固体表面原子结构的理想实验手段之一.1983年用它首次在实时空间内观察到Si(111)表面7×7的大元胞[1],在科学界引起强烈的反响.STM的最新进展表明,它将在原子尺度范围内帮助人们揭示表面原子的运动规律,可广泛用于研究固体表面原子结构和外来原子在表面的吸附等问题,为探讨吸附、催化和腐铀等机理以及利用表面效应…     

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     

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)     

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 .     

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.     

扫描隧道显微镜功能化针尖对分子能级的选择成像

文章提出了一种通过修饰STM针尖使其功能化，调节扫描隧道显微镜（STM）的扫描偏压范围，实现对分子能级的选择性成像的方法．二萘嵌苯分子在Ag（110）表面上自组织形成的有序单层膜主要是通过分子的π电子态成像，而被二萘嵌苯分子修饰的STM针尖的能级失配于基底上吸附的分子的能级，从而只对分子的部分能级成像．这个结果为有机界面电子输运测量提供了一种更好的能级选择方法．     

利用扫描隧道显微镜表征和操纵单分子

扫描隧道显微镜（STM）提供给我们一种表征单分子的局域物理和化学特性的特殊方法，甚至还能帮助我们操纵单分子以构造分子尺度的新型器件。本文中我们采用了两种新型STM技术分别来表征封装在富勒烯笼里面的金属原子和构造一种具有较强Kondo效应的分子器件。空间dI/dV映像谱被用来探索单个Dy@C82分子中能量分辨的金属-笼杂化态，揭示了有关Dy原子在碳笼中的空间位置和Dy-碳笼之间相互作用的重要信息。我们也通过控制STM针尖诱导的高电压脉冲来诱导CoPc分子的边缘脱氢化，从而改变了这个分子在Au(111)表面的吸附构型，导致吸附在Au表面的完整CoPc分子所不具备的Kondo效应产生。     

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…     

用激子动力学方法研究N吸附子扫描隧道显微镜系统图谱解释

应用激子动力学方法描述扫描隧道显微镜(STM)隧道中电子运动的动力学行为新方案,推导得到了N吸附子STM系统纯相干记忆函数与时间无关时隧道电流与探针空间位置之间的一般关系式,讨论了公式的应用范围,并作为应用,具体计算了Dimer模型STM系统AU(110)2×1和3×1再构表面STM图谱,其结果与实验及其它理论符合得很好.     

甘氨酸在Cu(111)表面吸附的扫描隧道显微镜研究

用超高真空扫描隧道显微镜(UHV-STM)研究了室温下甘氨酸在Cu(111)表面的吸附行为.实验发现,在低覆盖度下甘氨酸分子在表面表现为二维气体.当覆盖度足够高时,甘氨酸分子最终会形成二维固相结构,为(4×8)超结构.针对这种结构提出了两种可能的结构模型,模型能够很好地解释STM图.当覆盖度介于气相和固相之间时,根据蒸镀条件和退火条件的不同,表面可能出现两种不同的中间相,一种为条纹结构,另一种为六角结构,对于中间相有待于进一步的研究 关键词： 表面吸附 甘氨酸 铜 扫描隧道显微术