光子扫描隧道显微镜的研制与样品的显微成像技术

采用自行研制的光子扫描隧道显微镜的显微实验系统对多种样品进行了表面显微成像研究，获得了关于样品表面三维立体图像信息，通过多种图像处理手段对原始图像进行后期处理，得到了更具视觉效果，更为逼真的样品表面图像，为光子扫描隧道显微镜的广泛应用奠定了技术基础。     

光子扫描隧道显微镜和扫描隧道显微镜联用系统的研制

报导我们研制的一套光子扫描隧道显微镜（ＰＳＴＭ）和扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）联用系统的初步实验结果。联用系统采用的基本结构为早先研制的一台ＰＳＴＭ，另外增加了一个ＳＴＭ通道，通过真空蒸镀金膜制作了既导电又导光的光纤探针，联用系统用ＳＴＭ通道隧道电流反馈控制探针高度。初步实验结果表明，ＰＳＴＭ和ＳＴＭ通道既能分别单独成像，亦能用导电导光探针实现ＰＳＴＭ和ＳＴＭ同时成像。     

扫描显微探针

 随着１９８２年世界上第一台原子分辨的隧道扫描显微镜（ＳＴＭ）问世,掀起了对物质表面微结构研究的热潮,而且蔓延到表面化学以及生物大分子等领域．同时对ＳＴＭ原理及检测技术的推广,促使了原子力显微镜（ＡＦＭ）、近场光学显微镜（ＳＮＯＭ）的发明．现在,以ＳＴＭ、ＡＦＭ、ＳＮＯＭ为代表的高分辨显微镜已经形成了一类新的显微成像技术──扫描探针显微术（ＳＰＭ）．ＳＰＭ最显著的特点就是采用一个极微小的探针（针尖一般在纳米尺度）,在样品表面极小的距离内移动,同时获得样品表面信息．当这极小的探针与样品表面的相互作用强烈依赖于极小的距离（大约是指数关系）,仪器的稳定性则是获得理想图像的关键.     

激光扫描成像的纳米分辨技术

阐述一种新型激光近场扫成像系统──光子扫描隧道显微镜的实验成像显示技术。利用本系统对多种光学表面、聚合物、生物病毒等透光样品进行三维显微成像分析，获得了样品表面结构的纳米级空间化辨。     

扫描探针显微学在材料表面纳米级结构研究中的新进展

应用扫描探针显微技术（ＳＰＭ）「包括扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）、原子力显微镜（ＡＦＭ）、磁力显微镜（ＭＦＭ）等」,比较系统地研究了一些无机、有机和生物材料的表面精细结构;在极高分辨率的水平上,解释了如Ｃ６０Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｂｌｏｄｇｅｔｔ膜、有机磁性薄膜的样品制备、形成条件的关系;研究并揭示了碱金属与半志体表面吸附相互作用,红细胞表面结构等;拓宽了扫描探针显微技术的范围,在实验方法和研究成果上具有     

扫描隧道显微镜

 １９８２年,Ｂｉｎｎｉｎｇ和Ｒｏｈｒｅｒ研制成世界上第一台扫描隧道显微镜ＳＴＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）,是目前唯一具有原子级分辨率的实空间成像技术,当这两位科学家用ＳＴＭ观察到高序石墨表面原子的图像时,人们对微观世界的认识一下子从幻想和抽象的分析飞跃到对原子的直接观察和操纵．ＳＴＭ和其它的传统显微镜相比,光学显微镜、扫描电子显微镜的分辨率不够,而高分辨的透射电子显微镜虽然能够达到较高的分辨率,可它的制样异常麻烦,破坏了样品,而且在测量过程中离不开真空环境．ＳＴＭ因其可直接观察物体表面原子结构而不会对样品表面造成任何损伤.     

扫描隧道显微术最新进展与原子搬迁

自从扫描隧道显微镜问世以来，已陆续发展了一系列新型扫描探针显微仪器，如原子力显微镜、磁力显微镜、摩擦力显微镜等等，这些显微仪器不仅能以极高分辨率研究样品表面的形貌和物理化学性质，而且最近几年还被成功地用于操纵单个的原子和分子，文章着重介绍了ＳＴＭ在这方面的进展情况。     

STM灵敏度系数的校正

讨论了隧道扫描显微镜（ＳＴＭ）中压电陶瓷压电系数的测量计算及高定向裂解石墨（ＨＯＰＧ）的ＳＴＭ相象。这对ＳＴＭ图象的分析有着重要的作用。     

利用扫描隧道谱(STS)对石墨单晶表面局域电子态的研究

利用ＳＴＳ测量并结合扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）扫描图象，给出一组沿石墨单晶表面原子分辨的ＳＴＭ图象上某一线段各点处的扫描隧道谱．ｄ（lｎI）／ｄ（lｎＶ）～ｅＶ由测量谱给出的样品表面Ｅ_Ｆ附近局域态密度分布与由体能带结构计算得到的结果在一定程度上相符合，将各条曲线中Ｅ_Ｆ附近的态密度峰能量对相应的空间位置作图，给出石墨表面E_F附近能态密度在测量区域内实空间的变化。通过对表面不等价Ａ，Ｂ类原子处局域电子结构的分析并利用简单模型进行计算，给出了与实验 关键词：     

扫描隧道显微镜和原子力显微镜

 在微观领域对物质进行观察和研究中,人们发明了各种显微镜。但是光学显微镜由于受到光的波长的限制而无法达到很高的分辨率,Ｘ射线衍射技术则要求观察样品必须是晶体,透射电镜则需要对观察样品进行超薄切片。所有这些要求使人们的观察受到了限制,因此人们开始研制更加先进的显微镜。１９８２年宾尼格、罗雷尔及其同事们成功地研制出世界上第一台扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）,导致了显微领域中的一场革命,并在它的基础上研制出一系列的扫描探针显微镜,如原子力显微镜、磁力显微镜和激光力显微镜等。ＳＴＭ的出现使人类第一次可以实时地观测单个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性质和化学性质。     

探针尖带金属微粒的光子扫描隧道显微镜成像数值模拟

引入了色散介质的时域有限差分法散射场方程,并针对光子扫描隧道显微镜的带金属尖光纤扫描成像问题进行三维的数值模拟。在考虑了光纤和样品相互作用的情况下,采用等效入射波法设置入射波,探针扫描模式为等高扫描模式,从成像分辨力和灵敏度的角度,比较了不同入射角、不同的光纤一样品间距,不同金属类型,及不同金属尖大小的成像情况。数值模拟结果显示,带金属颗粒光纤探针尖的光子扫描隧道显微镜在成像分辨力和灵敏度上有显著的改进,而带不同类型金属颗粒情况下对分辨力影响不大,灵敏度是银最好。     

镀纳米结构薄膜光纤探针的光子隧道扫描显微镜成像数值模拟

利用时域有限差分法,对镀纳米结构薄膜光纤探针的成像特性进行了三维数值模拟。在考虑光纤和样品相互作用的基础上,采用等效入射波法设置入射波和等高扫描。从成像分辨率和灵敏度的角度比较了不同纳米颗粒与样品间距、纳米颗粒大小、排列方式以及排列密度对成像的影响。结果表明,镀纳米结构薄膜光纤探针的光子隧道显微镜无论在制备的可行性上,还是在分辨率和灵敏度上都有显著的改进。     

PSTM成像的FDTD数值模拟

尝试用时域有限差分法(FDTD)分析采用不同探针时光子扫描隧道显微镜(PSTM)成像的分辨率和效率。对四种探针,即不镀膜,带菱形金尖,镀金膜有孔径,镀金膜无孔径的探针,用二维p极化波,满足全反射条件,并用样品台上方平行于界面的隐失波作为等效入射波源,用探针距离尖顶一定高度截面的玻印亭矢量计算散射场强。数值模拟结果表明,带纳米尺度金尖的探针具有最好成像的分辨率和效率,镀膜无孔径和镀膜孔径探针次之,不镀膜探针最差。     

热拉伸和化学腐蚀相结合制备弯曲光纤探针

提出了原子力/光子扫描隧道显微镜(AF/PSTM)系统的关键部分——双功能弯曲光纤探针的制作方法.采用热拉伸与动态、静态两步化学腐蚀相结合的方法制作出AF/PSTM弯曲光纤探针，弯曲角度约为150°，尖端曲率半径优于100nm，锥角范围为60°—90°.将这种双功能弯曲光纤探针应用在新研制的AF/PSTM系统上，同时获得了样品的光学与形貌图像，实现了图像分解. 关键词： 原子力/光子扫描隧道显微镜 光纤探针 热拉伸 化学腐蚀     

Studies of imaging experiment for photon scanning tunneling microscopy

ＳｔｕｄｉｅｓｏｆｉｍａｇｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆｏｒｐｈｏｔｏｎｓｃａｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｉｎｇｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙＧＵＯＮｉｎｇ；ＷＵＳｈｉｆａ；ＸＩＡＤｅｋｕａｎ；ＣＨＵＳｈｉｃａｏ（ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇ...     

带纳米金属棒PSTM孔径光纤探针成像的数值模拟

用三维时域有限差分方法对带纳米金属棒孔径光纤探针成像进行了数值模拟。采用等高扫描从分辨率和灵敏度的角度分别讨论了纳米金属棒长度、扫描高度、孔径大小及镀膜厚度对成像的影响。数值模拟结果显示,带纳米金属棒镀膜孔径探针的性能主要受纳米棒的尺寸决定,较普通孔径探针在分辨率和灵敏度方面都有明显改进,并且稳定性更高。     

光子扫描隧道显微镜的探测场

通过修改光子扫描隧道显微镜探测场的计算模型，推导出比较符合实际的探测场及透射系数的计算公式，并利用这一新计算公式在微机上进行了模拟计算，得到了一些过去未曾发现的现象，对光子扫描隧道显微镜的实际探测具有一定的指导意义。     

光子扫描隧道显微镜的角谱传递函数

用傅里叶角谱衍理论推导了光子扫描隧道显笛镜的标量和矢量角谱传递函数。表明,光子扫描隧道显微镜的角谱传递鲜明地分成两个区,即远场区和近场区。随首探针榈间距增大,近场区内的角谱其振幅迅速衰减,频率越高衰减越快,而相位保持不变;相反远场区内的角谱内的角谱其振幅保持不变,而相位非均匀线性均匀线性增加,频率越低增加越快。光子扫描隧道显微镜对近场角谱的采集能力是其皮瑞利衍射极限的关键。坦 步根据角谱传递函数计     

原子力与光子扫描隧道组合显微镜

介绍了超高分辨光于扫描隧遭显微镜（PSTM）的计冗历程,为解决第一代（单光束照明）光千扫捕隧逼显傲镜中存在人为假象和样品光学图像与形貌图像难于分离两个难题,用“对称双光束照明方法消假象,用原子力与光子扫描隧道组合显微镜（AF／PSTM）图像分解方法分离样品光学透过率、折射率与形貌图像。研制成功新一代原子力与光子扫描隧道组合显微镜（AF／PSTM）样机。该样机在一次扫描中已获得两幅原子力显微镜图像（形貌与相位）和两幅光学图像（透过率和折射率）,有效地减少了假象,分解了样品光学折射率、透过率与形貌图像。