自旋极化扫描隧道显微术

自旋极化扫描隧道显微术是一种新兴的表面自旋分辨技术，文章主要介绍了自旋极化的扫描隧道显微镜和扫描隧道谱实现表面自旋分辨的原理以及在各种磁性表面研究中的应用，采用自旋极化技术的扫描隧道显微镜可以测量表面磁结构，其空间分辨可以达到原子尺度，分辨率超过其他磁显微技术，而自旋极化扫描隧道谱不但可以分辨空间精细磁畴结构，而且能研究表面态的交换劈裂，文章作者还进一步提出了利用自旋极化扫描隧道显微镜实现自旋注入的设想。     

量子围栏：扫描隧道显微术的又一杰作

介绍了一项扫描隧道显微术的最新成就。用扫描隧道显微镜操纵吸附在Ｃｕ（１１１）表面的铁原子，形成由４８个铁原子组成的空心围栏，这一量子围栏能将所包围的表面态电子禁锢在其内部，从而可以用ＳＴＭ与ＳＴＳ同时研究禁锢电子的状态密度对空间和能量的分布。预期这一成果将在许多方面促进今后研究工作的发展。     

原子、分子以及电荷的原子力显微术操纵及其应用

原子力显微术在原子级分辨表征、化学键识别、探测电荷密度分布等领域都有重要的应用.本文在介绍原子力显微术基本工作原理的基础上,着重介绍其在室温原子操纵、对原子/分子操纵过程的表征、以及绝缘基底上的电荷操纵三个方面的工作进展.主要内容有:1)原子力显微术的成像原理及其对典型分子的化学键分辨表征; 2)原子力显微术在室温下的力学操纵和原子识别能力; 3)用原子力显微术操纵分子表面异构或吸附构型变化并表征该过程中的相互作用力; 4)在绝缘基底上通过原子力显微术对单分子及多分子的电荷操纵.原子力显微术操纵在这些领域内的工作拓展了扫描隧道显微镜在原子/分子操纵方面的工作范围,为理解并精确控制操纵过程及构造纳米尺度器件提供了新的思路.     

氧氧化锌中双施主原子的谱学研究进展（英文）

半导体中的单个掺杂原子是凝聚态物理、量子计算、材料科学和纳米技术等领域的重要研究课题。在本文中,我们将简要的回顾宽禁带半导体氧化锌中单个和两个双施主原子的扫描隧道显微镜/显微谱研究。我们发现针尖诱导能带弯曲效应可以导致单个双施主原子的电离和振动。此外,我们发现扫描隧道显微镜针尖可以可逆的操纵一个亚表面的原子的深度。进一步的研究显示单个双施主原子的隧道谱图可以直接给出与单电子晶体管相似的测量方式和物性信息。更进一步发现,强耦合的两个双施主原子实际是构成了最下的双量子点结构。以上的研究为未来的量子电子学提供了潜在应用前景。     

铜箔上生长的六角氮化硼薄膜的扫描隧道显微镜研究

利用扫描隧道显微镜研究了采用化学气相沉积法在铜箔表面生长出的高质量的六角氮化硼薄膜. 大范围的扫描隧道显微镜图像显示出该薄膜具有原子级平整的表面, 而扫描隧道谱则显示, 扫描隧道显微镜图像反映出的是该薄膜样品的隧穿势垒空间分布. 极低偏压的扫描隧道显微镜图像呈现了氮化硼薄膜表面的六角蜂窝周期性原子排列, 而高偏压的扫描隧道显微镜图像则呈现出无序和有序排列区域共存的电子调制图案. 该调制图案并非源于氮化硼薄膜和铜箔衬底的面内晶格失配, 而极有可能来源于两者界面处的氢、硼和/或氮原子在铜箔表面的吸附所导致的隧穿势垒的局域空间分布.     

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.     

Ge在Si(111)7×7表面的选择性吸附

利用超高真空扫描隧道显微镜研究了室温条件下Ge在Si(111)7×7表面上初期吸附过程.在Ge所形成团簇中存在一个临界核.这些Ge团簇的吸附中心总是在三个增原子所围成的区域中.它们的电子结构具有类似半导体的性质,即其局域态密度在远离费米面的能级处很大,而在费米面附近的能级处非常小. 关键词： 扫描隧道显微镜 Si(111)7×7表面 Ge团簇     

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)     

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…     

二维磁结构的扫描隧道显微术研究

文章介绍了近年来利用扫描隧道显微术（STM）对表面和薄膜磁结构的研究进展。二维或表面磁结构可以通过在非磁性单晶上外延磁性单原子层薄膜形成，也可以在清洁的磁性单晶表面形成。利用磁性的STM针尖可以观测到原子分辨的表面磁结构。这将增进人们从纳米尺度对磁性的理解，并推动磁电子学的发展。     

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.     

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…     

用扫描隧道显微镜操纵Cu亚表面自间隙原子

在超高真空环境下使用扫描隧道显微镜研究了吸附有双甘氨肽分子的Cu(001)表面.在一定的 偏压条件下，针尖在该表面扫描后会形成纳米尺度的Cu团簇，这些团簇可以根据意愿排列成 字母或图形.团簇的高度同偏压、隧道电流以及时间等条件有密切关系.在室温下可以稳定存 在的团簇为制造纳米器件提供了技术上的可能性.实验结果表明，形成团簇的Cu原子不是来 自Cu衬底表面或是针尖.化学吸附在Cu表面的双甘氨肽分子，受到隧道电场的作用会在Cu表 面形成张应变场，Cu亚表面自间隙原子在张应变场作用下迁移到表面是形成团簇的原因. 关键词： 扫描隧道显微镜 纳米尺度Cu团簇 自间隙原子     

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.     

室温超高真空环境原子尺度Au/Si(111)-(7×7)不定域吸附的局域接触势能差测量技术

利用自制超高真空非接触调频开尔文探针力显微镜系统地研究了Au/Si(111)-(7×7)的结构和局域接触势能差.?虽然扫描隧道显微镜已被广泛应用于原子尺度金属吸附半导体表面的研究,?但仅局限在观测金属和半导体表面.?开尔文探针力显微镜允许在原子尺度利用局域接触势能差直接测量各类平整表面不同位置的电荷,?而成为更方便、更...     

用扫描隧道显微术进行单原子操纵的机理研究

本文简要综述利用扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）进行单原子操纵的物理机制。主要介绍了场增强的扩散、在表面上拖动（ｐｕｌｉｎｇ）推动（ｐｕｓｈｉｎｇ）原子、原子在针尖表面间接触和近接触转移、场致蒸发／脱附、隧道电子非弹性射激发和电子迁移的“电子风力”等过程。同时介绍了一些理论处理方法和对一些实验结果的解释。     

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     

用扫描隧道显微术进行单原子操纵的机理研究

本文简要综述利用扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）进行单原子操纵的物理机制。主要介绍了场增强的扩散、在表面上拖动（ｐｕｌｉｎｇ）推动（ｐｕｓｈｉｎｇ）原子、原子在针尖表面间接触和近接触转移、场致蒸发／脱附、隧道电子非弹性射激发和电子迁移的“电子风力”等过程。同时介绍了一些理论处理方法和对一些实验结果的解释。     

扫描隧道显微镜分辨能力的研究:对Si(111)-(7×7)表面的观察

用超高真空扫描隧道显微镜首次同时清晰地分辨出Si(111) (7×7)表面每个元胞中的 12个顶戴原子和 6个静止原子,这 6个静止原子的亮度与无层错半元胞内中心顶戴原子的亮度基本相同. 第一性原理计算图像和STM实验结果完全符合,针尖的尺度小于 7 时,可以完全同时分辨出Si(111) (7×7)表面的静止原子.     

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