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…     

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     

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.     

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…     

用扫描探针显微镜观察磁性材料

扫描隧道显微镜(STM)的发明促成了多种新的扫描探针显微镜的出现.它们都依靠反馈电路来精密控制探针尖和样品表面之间的nm数量级的微小距离,再加上探针尖在水平方向上的二维扫描,就能绘出样品表面的图像.本文叙述STM以及由它派生出来的原子力显微镜(AFM)和磁力显微镜(MFM)在磁性材料方面的应用. 采用快淬和粉末冶金两种方法制备的钕铁硼NdFeB永磁合金可以具有相同水平的磁性.然而,用这两种不同方法获得的材料的显微结构完全不相同.粉末冶金法制备的合金晶粒大小在15μm的水平,而快淬合金的微小晶粒大约在20至80nm范围.相对而言,快淬合…     

局域功函数图像及其在Cu(111)-Au/Pd表面的应用

用扫描隧道显微镜（STM）对Cu(111)-Au和Cu(111)-Pd表面的局域功函数进行了研究.通过 测量隧道电流对针尖样品间距的响应，得到了与STM形貌图一一对应的表面局域功函数图像. 实验发现，Au/Pd覆盖层和Cu衬底间的功函数有明显的不同.Pd薄膜的功函数甚至超过了其体 本征值，且功函数在台阶处变小.用偶极子的形成解释了台阶处功函数的降低.这一工作表明 ，用测量局域功函数的方法容易区分表面上不同的元素，并具有纳米尺度的空间分辨率. 关键词： 扫描隧道显微镜 局域功函数 台阶     

扫描隧道显微镜中场蒸发过程的理论分析

从电热动力学(Electrothermodynamics)角度出发，分析了扫描隧道显微镜(STM)中场蒸发过程.引入了一个有效结合能，并推导得到了STM中的蒸发场强计算公式.用该公式计算得到了与实验一致的金离子的蒸发场强.同时发现传统的电荷交换模型与成象势垒模型，由于它们要求被蒸发原子完全电离并被蒸发到无穷远处，因而对STM计算的蒸发场强偏高. 关键词：     

双成象单元扫描隧道显微镜与原子尺纳米计量技术

研制了双成象单元扫描隧道显微镜(STM),可同时对参考样品的原子晶格和被测样品扫描成象.计数原子晶格的数目,即可精确测定被测样品图象的尺度,以原子尺方式实现严格的纳米计量.本文介绍双成象单元的STM的原理和仪器系统,讨论原子尺纳米计量的可行性,给出被测样品图象的纳米计量结果.     

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…     

An(110)2×1、3×1再构表面STM图谱模拟——单吸附组态法

应用由激子动力学方法导出的单吸附组态扫描隧道显微镜系统隧道电流与各纯相干记忆函数之间的解析公式,具体计算模拟了An(110)2×1、3×1再构表面的STM图谱.     

扫描探针显微学中的云纹方法

在扫描探针显微镜（SPM）的扫描过程中，由SPM的扫描线与物质表面周期性晶格结构进行干 涉可以形成纳米云纹图像.采用高取向热解石墨（HOPG）和云母作为试件，分别对扫描隧道 显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）云纹进行了研究，实验结果与理论分析完全一致.SPM 纳米云纹法在纳米测量和表征方面具有较大的应用前景. 关键词： 云纹 SPM 晶格栅线 纳米测量     

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.     

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)     

同质与异质外延掺杂CVD金刚石薄膜的结构与性能

采用化学气相沉积(CVD)技术,以高温高压(HTHP)合成的(100)金刚石和p型(100)Si为衬底制备了硫掺杂和硼-硫共掺杂金刚石薄膜,利用原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)及隧道电流谱(CITS)等手段分析同质和异质外延CVD掺杂金刚石薄膜的结构和性能.结果表明:异Si衬底上CVD金刚石的形核密度低,薄膜表面比较粗糙,粗糙度达到18.5nm;同质HTHP金刚石衬底上CVD金刚石薄膜晶粒尺寸约为10—50nm,表面平整,表面粗糙度为1.8nm.拉曼测试和电阻测量的结果显示,在HTHP金刚 关键词： 金刚石 掺杂 外延     

用扫描隧道显微镜测量局域功函数

用扫描隧道显微镜在Cu（111）-Au和Pt（111）-Ag表面上对局域功函数进行了测量．在扫描的同时通过测量隧道电流对针尖样品间距离变化的响应，可以在得到扫描隧道显微镜（STM）图的同时得到功函数图．用这种方法，成功地观察到Au，Ag覆盖层与Cu，Pt衬底间的功函数的差别．结果表明：Au覆盖层的功函数介于Cu（111）和Au（111）的功函数之间，这与其它方法的结果一致．在Pt（111）-Ag表面观察到了局域功函数随覆盖层厚度的变化．本工作表明：扫描隧道显微镜在研究功函数与表面结构的关系方面是十分有用的；用测量局域功函数的方法还可以区分表面不同种的物质 关键词：     

高定向热解石墨表面局域导电增强现象的扫描探针显微学研究

基于导电型原子力显微镜和扫描隧道显微镜的对比观察,研究高定向热解石墨表面上残留石墨片的导电增强现象.根据样品电阻的测量数据,将这种现象归结为导电针尖与石墨表面的点接触问题,并且发现接触电导和接触点处局域的电子密度成正比,从而确定石墨表面的局域导电增强现象的原因在于残留在石墨表面的石墨片具有较高的电子密度. 关键词： 扫描隧道显微镜 导电原子力显微镜 高定向热解石墨 导电性     

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…     

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     

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…     

高稳定电化学扫描隧道显微镜研制

展示了一台自制的电化学扫描隧道显微镜. 这台电化学STM具有很高的稳定性,它在XY平面和Z方向的漂移速率分别为每分钟67和55.6 pm/min. 另外,特殊设计的扫描管部件有效地避免了在高湿度的环境中大漏电电流的产生. 详细描述了这台电化学STM的机械结构.通过在硫酸铜溶液中测量STM图像证明这套系统的优异性能,得到了大范围干净有序的Au(111)表面和高分辨的高聚石墨原子图像.