简单紧凑高刚性扫描隧道显微镜的研制（英文）

本文展示了一台自主研制的扫描隧道显微镜,它的主要特色是利用了一个内壁抛光的蓝宝石导向管作为扫描头的导轨,从而形成了较短的探针到样品的机械回路.该导向管里面是一个被弹簧片夹持的方形滑杆,而压电扫描头安装在该滑杆上使得扫描隧道显微镜本身结构比较简单、紧凑、刚性.同时蓝宝石良好的热导率又有利于提高显微镜的热稳定性.为了证明该扫描隧道显微镜的性能,本文给出了高质量的石墨原子分辨率图像.     

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.     

铁基超导体的扫描隧道显微镜研究进展

铁基高温超导体自2008年发现以来,对其超导电性的研究一直是一个热门的课题.扫描隧道显微镜能够在原子尺度进行表面形貌和隧道谱测量,从微观角度研究电子态密度的信息,是研究超导的重要谱学手段.近年来,在铁基超导电性方面,扫描隧道显微镜实验已经积累了一些有价值的结果,本文进行了总结介绍.铁基超导体是多带多超导能隙的超导体,不同材料的费米面结构有很大的变化.扫描隧道显微镜证明,同时有电子和空穴费米面最佳掺杂的铁基样品超导能隙结构是无节点并带有能隙符号变化的s^±波.而进一步的实验发现在没有空穴费米面的FeSe基超导体中也存在能隙符号的相反,对统一铁基超导体的配对对称性提供了重要实验证据.此外,扫描隧道显微镜在研究铁基超导体的电子向列相、浅能带特性、可能的拓扑特性方面,提供了重要的实验数据.本文对上述相关内容进行了总结,并做了相应分析和讨论.     

计算机控制的扫描隧道显微镜

本文介绍了我们研制的计算机控制的扫描隧道显微镜．该仪器由扫描隧道显微镜主体、电子控制机箱和计算机控制系统组成．文中着重介绍了仪器主体和电子反馈线路的设计思想及作为三维扫描控制器件的压电陶瓷管的使用方式，讨论了一些关键技术问题．     

SSX—1型实用扫描隧道显微镜

本文综述了能够直接观察到单个原子的场离子显微镜、透射电子显微镜、扫描隧道显微镜，报告了ＳＳＸ－１ 型实用扫描隧道显微镜主要特点与改进之处，和开展扫描隧道显微学研究所取得一些结果．     

采用光纤技术实现拉曼光谱和扫描隧道显微镜实时联用测试

设计并制作了与扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）探头和拉曼光谱仪相适配的光纤探测装置，该装置采用配有不很短焦距的自聚焦透镜以获得较大的相对孔径，并使用多束光纤以充分利用扫描隧道显微镜探针周围有限空间，提高了拉曼散射光的收集效率，获得具有较高信噪比的拉曼谱图，在该装置的基础上进一步建立拉曼－扫描隧道显微镜联用系统，初步实验表明该联用系统用于实时研究固／气和固／液界面体系是可行的，即利用扫描隧道显微镜可获得固体     

解读量子围栏

 现行《高中物理(必修加选修)》第三册(人民教育出版社,2003年6月第1版)第40页第二十一章《量子论初步》的章首图片(如图1所示)是利用扫描隧道显微镜(STM)拍摄的“量子围栏(quantumcorral)”照片。本文就先来介绍扫描隧道显微镜的诞生过程和工作原理,进而解读“量子围栏”。一、扫描隧道显微镜的诞生过程自有人类文明以来,人们就一直为探索微观世界的奥秘而不懈努力。1674年,荷兰人列文虎克(A.Van.Leeuwenhoek)发明了世界上第一台显微镜,首次观察到血红细胞,从而开始了利用仪器研究微观世界的新纪元,开阔了人类的观察视野,但是由于受到光波波长的限制.     

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     

扫描隧道显微镜纳米云纹法的实验研究

提出了应用扫描隧道显微镜(STM)纳米云纹法测量面内位移的原理。测量中,把扫描隧道显微镜的探针扫描线作为参考栅,把物质原子晶格栅结构作为试件栅,对这两组栅线干涉形成的云纹进行了纳米级变形测量。对扫描隧道显微镜纳米云纹的形成原理及测量方法进行了详尽的讨论,并运用该方法对高定向裂解石墨(HOPG)的纳米级变形虚应变进行了测量研究,得到了随扫描范围变化的虚应变场,并与理论值进行了比较。     

STM在微加工中的应用

 由王大文博士、白春礼研究员所撰写的这篇文章,学部委员朱洪元先生的评语是:“本文介绍了扫描隧道显微镜(STM)在微细加工中的应用,内容充实,表达清晰,是介绍最近几年才开始发展起来的这一领域的一篇很好的文章,可以在本刊发表.”王大文,女,1962年12月出生,1990年获清华大学工学博士学位.曾经从事分子束外延(MBE)及金属/半导体界面方面的基础研究工作,现在中国科学院化学研究所从事扫描隧道显微学及材料表面结构方面的研究工作.已在国内外学术刊物上发表论文十余篇.白春礼,男,1953年9月26日出生.中国科学院化学研究所研究员,扫描隧道显微学研究室主任.1985年获博士学位,1985-1987年在美国加州理工学院做博士后研究,主要从事扫描隧道显微术和扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS)的工作.从事的研究领域有扫描隧道显微学、X射线晶体学、分子力学和结构化学.主持研制的扫描隧道显微镜获1990年国家科技进步二等奖,主持研制的原子力显微镜获中科院科技进步一等奖.另外作为负责人或主要参加者的项目获三项中科院科技进步二等奖,并获中国科协青年科技奖、中科院青年科学家奖、中国化学会青年化学奖,有突出贡献的博士学位获得者和全国先进工作者称号.在国内外学术刊物上共发表文章60余篇.     

多学科应用可大范围搜索的紧凑型扫描隧道显微镜

本文展示了结构紧凑的（高度为66 mm,直径为25 mm）扫描隧道显微镜,配备了一套拥有原子级分辨精度的三维压电马达。其中Z方向定位依靠的是自行发明的由轴向切割的压电扫描管驱动的摩擦型步进器。X-Y方向（即样品面方向）的移动是将Z向步进器作为一个惯性滑块垂直嵌入压电扫描管内同时一端平放在压电扫描管的顶部。其设计具有在极端条件下（低温、强磁场等）从宏观尺度样品区域（平方毫米级别）搜索微观靶向（缺陷位、掺杂位、边界及纳米器件等）的能力。在室温大气下对高定向热解石墨进行测量,得到了高分辨率的原子图像.     

3 mm回旋行波管微波等离子体化学气相沉积金刚石输出窗

为了解决目前3 mm回旋行波管所使用的蓝宝石输出窗因功率容量不足而发生破裂的问题。从抗热震性和功率容量两个方面出发,对常用的几种窗片材料进行了对比。在国内首次以微波等离子体化学气相沉积金刚石为窗片材料,利用数值计算及ANSYS软件仿真设计了用于3 mm回旋行波管的低反射,低吸收,宽带宽,高功率容量的输出窗。结果表明,所设计的输出窗适用于TE01模式输出,其S11参数小于-20 dB的带宽为6 GHz。同时,该输出窗具有良好的抗热震性,在自然对流散热条件下具有61 kW的功率容量。;     

Thermocapillary deformation of a water layer at local heating

A horizontal water layer of 0.29-0.44 mm thickness, locally heated from the substrate, is investigated. The value of thermocapillary deformation occurring at local heating is measured by an inverted laser scanning confocal microscope Zeiss LSM 510 Meta. The heater in the form of strip of 0.5-mm width, 40-mm length, and 0.5-mm height made of indium oxide is sputtered on a sapphire substrate. The water temperature from the side of the substrate is measured using the infrared scanner Titanium 570M. We studied in detail the effect of the initial layer thickness and heating power on the value of thermocapillary deformation and temperature field. It is shown that deformation increases with an increase in thermal capacity and decrease in the layer thickness. Results of numerical simulation are in good qualitative agreement with the measurement results.     

一种测量高温中间包的蓝宝石光纤温度计

介绍了一种测量高温的蓝宝石光纤温度计.蓝宝石单晶光纤由于其极好的高温物理化学性能,适用于高温下光纤测温应用,可用作辐射型光纤温度传感器.蓝宝石光纤温度计采用激光加热小基座法生长出端部掺Cr3+的蓝宝石光纤荧光温度传感头.用激光加热小基座,把对荧光有温度反应的材料如红宝石晶体光纤生长在蓝宝石光纤上,制成具有结构紧凑,耐高温,功能稳定的传感探头.通过荧光寿命的检测,可以测量所对应的温度.根据表面温度,可以依据温度场得到内部温度,用于测量连铸炉中的中间包钢水温度,并给出了温度计的实验系统以及原始实验数据.实验数据表明,此结果精度高,可实现非接触测量.     

100 GPa以上冲击压力区蓝宝石的近红外发光

采用三层夹心靶结构,利用铜箔与抛光蓝宝石之间良好的接触条件,使用辐射式高温计观测到c取向蓝宝石在130～172 GPa冲击高压下的红外辐射。实验信号显示,位于近红外波段的蓝宝石冲击辐射随着压力的增加而变强;强度对比显示,蓝宝石的近红外发射强于界面发射。基于冲击作用下滑移带的温度高于冲击平衡温度的概念,将蓝宝石体内滑移带温度作为蓝宝石发射温度代入线性吸收公式,从而将蓝宝石发光强度的增加和界面冷却引起的发光强度下降相结合;将得到的界面一蓝宝石发射强度数值模拟结果与实验结果相比较,发现二者能够重合。由实验信号的上升趋势得到三个压力下0.85μm近红外波长处蓝宝石的冲击吸收系数数值。     

Fluctuations of electroluminescence intensity of single CdSe nanocrystals excited by scanning tunneling microscope current

Electroluminescence from single CdSe nanocrystals (NCs) excited by tunneling current of scanning tunneling microscope (STM) has been measured. Two types of samples with low and high concentration of CdSe NCs deposited on the gold substrate have been prepared. Both types of samples had no plasmon emission. It enabled one to detect pure electroluminescence from single CdSe NCs. Samples with low concentration of NCs exhibit an intensive short-term luminescence of NCs for several seconds. Samples with high concentration of NCs exhibit a weak fluctuating long-term luminescence for thousand seconds. Fluctuations of NC electroluminescence differ considerably from those detected recently in photoluminescence of CdSe NCs embedded in polymer films. The difference in fluctuations results from the difference in physical conditions existing in electro- and photoluminescence. The distribution of photons w(N, T) emitted in time interval T has been found from statistical treating of fluctuating luminescence. Due to weakness of the pure signal, we paid a special attention to allowing for photomultiplier tube noise while treating these fluctuations. The photon distribution in pure signal is one of super-Poisson type, i.e. it is broader than Poisson distribution. A dynamical model for an absorber–emitter excited by tunneling current of STM has been offered. The model takes into account the thermal drift of STM tip.     

基于蓝宝石晶片的光纤法布里-珀罗高温传感器

提出并研制了一种基于蓝宝石晶片的光纤法布里-珀罗(法珀)高温传感器.该传感器采用斜端面蓝宝石光纤作传输波导,蓝宝石晶片作法珀干涉仪,"陶瓷插芯-陶瓷套管"结构做为传感器的固定结构.通过傅里叶变换-最小均方差联合算法解调传感器的反射光谱,实现了20℃~1 000℃范围内的温度测量,测试准确度为±2.5℃.该传感器具有体积小、成本低、制作简单以及重复性高的优点,可用于高温环境下稳定、精确的温度测量.     

Si衬底GaN基LED的结温特性

结温是发光二极管的重要参数之一,它对器件的内量子效率、输出功率、可靠性及LED的其他一些性能有很大的影响。首次报道Si衬底GaN基LED的结温特性。利用正向压降法测量Si衬底上GaN基LED的结温,通过与蓝宝石衬底上GaNLED的结温比较,发现Si衬底GaNLED有更低的结温,原因归结为Si有更好的导热性。同时也表明:用Si作GaNLED的衬底在大功率LED方面具有更大的应用潜力。     

All-solid-state high-peak-power Ti:sapphire laser system above 5-kHz repetition rate

We have developed an all-solid-state Ti:sapphire laser system, which produces 22-fs, 0.2-TW pulses at 5-kHz repetition rate. An average power of 22.2 W is the highest ever obtained in ultrashort laser sources. The serious thermal lensing due to high power pumping in a small area of Ti:sapphire crystal is controlled successfully by a stable quasi-cavity with two concave mirrors. The attempt to increase the repetition rate to 10 kHz is also described.     

Numerical modeling of thermal effects in a high-power injection-locked cw Ti:sapphire laser

With the FEA and matrix methods, the thermal lenses induced by the thermooptic effect, thermally induced mechanical strain and end face bulging in a Ti:sapphire crystal are analyzed. The results show that there is an unignorable strain-induced lens in a high pump power region. With the thermal lens effect, an injection-locked cw Ti:sapphire laser is numerically simulated. We find that the poor mode matching between the lasing and pump beams due to thermal lens will cause the slope efficiency decreasing. The calculated results agree with the reported experimental data, and we also predict that the thermal lens is obviously active at a certain pump power level.