扫描近场光学显微镜的光耦合偶极子模型

为了研究扫描近场光学显微镜中探针和粗糙样品表面的耦合相互作用,提出了一种光耦合偶极子模型.在该模型中,探针和样品突起都由光极化偶极子表示,在准静态电磁场近似的情况下样品表面的诱导极化效应由影像偶极子表示,应用偶极子辐射理论可以得到系统的自洽场方程.此模型提供了一种直观分析扫描近场光学显微镜中探针和样品相互作用机理的方法.在此基础上,进一步讨论了金属样品的近场成像特点和其特有的局域光学共振现象.数值结果表明：不同于一般的介质样品,金属样品的近场图像与入射光频率直接相关,改变入射光的频率,获得的样品近场图像的形状和对比度都会发生变化.特别是当入射光频率处于样品极化共振范围内时,金属纳米粒子的极化率会出现光极化共振,这样就可以获得样品粒子的最大有效尺寸,为提高系统的分辨率提供了一条重要途径.     

“禁戒光”近场光学显微镜原理与系统

扫描近场光学显微术是８０年代后期发展起来的一种分辨率超过衍射极限的新型光学显微镜技术。本文介绍了国外最近出现的“禁戒光”近场光学显微镜系统的工作原理及结构。透射式ＳＮＯＭ中部分光沿着光轴向前传播；部分光沿着大于全内反射临界角的方向传播。前者称为允许光；后者称为禁戒光。应用“禁戒光”近场光学显微镜可同时获得三幅图像，即允许光像、禁戒光像和反映样品表面形貌的剪切力图像。禁戒光图像能够提供很好的对比度和分辨率。     

光子扫描隧道显微镜光场模拟与分析

采用“分割光束”的方法模拟计算了光子扫描隧道显微镜样品表面近场光强。用平面波对一维结构光盘进行的初步计算结果表明其表面近场光强分布相当复杂，一般情况下近场光强分布并不能真实地描述表面结构，近场光强受到表面结构很强的调制，当针尖与样品间距增大时，光强分布上会迭加上一些微小的波动。光强分布和样品表面结构之间会产生位移，这可能影响利用扫描近场光学显微进行纳加工和定位，将数值计算结果与他人的实验结果进行了     

(111)取向(Pb,La)TiO3铁电薄膜中90°纳米带状畴与热释电性能的研究

采用射频磁控溅射技术在Pt/Ti/SiO₂/Si(100)衬底上生长了掺镧钛酸铅(PLT)铁电薄膜.用X射线衍射技术(XRD)研究了PLT薄膜结晶性能，结果表明PLT薄膜为 (111)择优取向钙钛矿相织构.使用原子力显微镜(AFM)和压电响应力显微镜(PFM) 分别观察了PLT薄膜的表面形貌和对应区域的电畴结构.PFM观察显示PLT薄膜中存在90°纳米带状畴，电畴的极化为首尾相接的低能量的排列方式，带状畴的宽度为20—60nm.研究了PLT10铁电薄膜的制备条件与性能之间的关系.发现在优化条件下制备的PLT10铁电薄膜的介电常数ε_r为365、介电损耗tgδ为0.02，热释电系数γ为2.18×10^-8C·(cm²·K)^-1，可以满足制备非制冷红外探测器的需要. 关键词： PLT薄膜 电畴 PFM 极化     

近场扫描光学显微镜中一种新的切向力检测系统

在近场扫描光学显微镜（ＮＳＯＭ）［１］中,近场距离控制一般采用切向力控制法。检测切向力有两种方法：光学检测法和非光学检测法。目前普遍采用非光学检测法,基本上是采用压电陶瓷管控制探针和样品的距离。本文提出一种新的切向力检测系统,利用双压电片实现近场距离控制。实验结果表明,检测灵敏度大大提高,扫描力显微（ＳＦＭ）像的分辨率可达纳米量级。     

照明模式SNOM中样品对近场光场分布的影响

在同时考虑样品的形貌及材料光学参量和入射光偏振模式的情况下,利用基于边界元方法编写的二维矢量电磁场计算程序,对工作在照明模式下的扫描近场光学显微镜（Scanning Near-field Optical Microscope,SNOM）的近场矢量电磁场分布进行了数值计算模拟研究.结果表明,在没有表面形貌特征时,探针的光能量透射率随样品材料的折射率和损耗角的增加而增大,而样品表面光斑尺寸受折射率和损耗角的影响很小;对有形貌特征的探针扫描像研究结果表明,SNOM的分辨率随着样品的折射率和损耗角的增加而提高;对SNOM不同的工作模式的扫描成像信号进行的计算结果表明,恒定间距扫描方式比恒定高度扫描方式对样品表面的细节有较强的分辨能力.     

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。     

近场扫描光电显微镜中一种新的切向力检测系统

在近场扫描光学显微镜（ＮＳＯＭ）＾［１］中,近场距离控制一般要用切向力控制法。检测切向力有两种方法：光学检测法和非光学检测法。目前普遍采用非光学检测法,基本上是采用压电陶瓷管控制探针和样品的距离。本文提出一种新的切向力检测系统,利用双压电片实现近场距离控制。实验结果表明,检测灵敏度大大提高,扫描力显微（ＳＦＭ）像的分辨率可达纳米量级。     

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。     

基于半导体纳米线/锥形微光纤探针的被动式近场光学扫描成像

本文结合近场扫描结构和纳米线-微光纤耦合技术,提出了一种基于硫化镉纳米线/锥形微光纤探针结构的被动近场光学扫描成像系统.该系统采用被动式纳米探针,保留了纳米探针对样品表面反射光的强约束优势.其理论收集效率为4.65‰,相比于传统的金属镀膜近场探针收集效率提高了一个数量级,可有效地提高扫描探针对样品形貌信息的检测能力;而后通过硫化镉纳米线与微光纤之间高效的倏逝场耦合,将检测的光强信号传输到远场进行光电探测,最终实现对目标样品形貌的分析成像,其样品宽度测量误差在7.28%以内.该系统不需要外部激发光路,利用显微镜自身光源进行远场照明,被动扫描探针仅作为样品表面反射光的被动收集系统.本文基于半导体纳米线/锥形微光纤探针的被动式近场光学扫描成像方案,可有效地降低探针的制备难度和目标光场的检测难度,简化扫描成像的结构,为近场光学扫描显微系统之后的发展提供新的思路.     

基于半导体纳米线/锥形微光纤探针的被动式近场光学扫描成像

本文结合近场扫描结构和纳米线-微光纤耦合技术,提出了一种基于硫化镉纳米线/锥形微光纤探针结构的被动近场光学扫描成像系统.该系统采用被动式纳米探针,保留了纳米探针对样品表面反射光的强约束优势.其理论收集效率为4.65‰,相比于传统的金属镀膜近场探针收集效率提高了一个数量级,可有效地提高扫描探针对样品形貌信息的检测能力;而后通过硫化镉纳米线与微光纤之间高效的倏逝场耦合,将检测的光强信号传输到远场进行光电探测,最终实现对目标样品形貌的分析成像,其样品宽度测量误差在7.28%以内.该系统不需要外部激发光路,利用显微镜自身光源进行远场照明,被动扫描探针仅作为样品表面反射光的被动收集系统.本文基于半导体纳米线/锥形微光纤探针的被动式近场光学扫描成像方案,可有效地降低探针的制备难度和目标光场的检测难度,简化扫描成像的结构,为近场光学扫描显微系统之后的发展提供新的思路.     

微结构对Eu掺杂Bi4Ti3O12铁电薄膜铁电性能的影响

采用金属有机物分解法在Pt/Ti/Si(111)基底上制备了退火温度分别为600℃,650℃,700℃的Bi_3.15Eu_0.85Ti₃O₁₂(BET)铁电薄膜,并对其结构及铁电性能进行了测试,再使用扫描探针显微镜对BET薄膜的电畴翻转进行了实时观测.BET薄膜c畴发生180°畴变的最小电压为+6V,而r畴由于其高四方性,即使极化电压增至+12V也不会发生翻转.薄膜的铁电性主要源于c畴的极化,随着退火温度的升高,c畴的区域面积增加,BET薄膜的剩余极化强度随之增大.退火温度为700℃的BET薄膜剩余极化强度达到84μC/cm². 关键词： 铁电薄膜 电畴翻转 扫描探针显微镜     

紫外激光诱导近化学计量比钽酸锂晶体铁电畴反转

对紫外激光诱导近化学计量比钽酸锂晶体铁电畴反转进行了实验研究。波长为351 nm的连续紫外激光被聚焦在近化学计量比钽酸锂晶体的-z表面,同时沿与晶体自发极化相反的方向施加均匀外电场。实验证实紫外激光辐照可以有效地降低晶体畴反转所需的矫顽电场,采用数字全息干涉测量技术检测证实在激光辐照区域实现局域畴反转。研究表明采用紫外激光诱导可以实现对近化学计量比钽酸锂晶体铁电畴反转的局域控制。提出了物理机理的理论分析,认为外电场和激光辐照场的共同作用在晶体内部产生高浓度、大尺寸的缺陷结构,缺陷一定程度上降低畴体成核和畴壁运动所需要克服的退极化能和畴壁能,实现激光诱导畴反转。     

LiNbO_3晶体中缺陷的X射线形貌研究

用X射线透射扫描形貌方法观察了直拉法生长LiNbO~3晶体中各种类型点阵缺陷,诸如铁电畴壁、生长层、位错、亚晶界和胞状组织等;用不同衍射矢量对[001]和[210]方向生长的晶体的形貌消象规律,结合X射线铁电异常散射效应和光学显微观察,讨论了晶体中180°铁电畴和生长层的衬度及其分布,并研究了LiNbO~3晶体中180°畴壁形成及其相互关系。     

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.     

PZT铁电薄膜纳米尺度畴结构的扫描力显微术研究

利用扫描力显微术中压电响应模式原位研究了（111）择优取向的PZT60/40铁电薄膜的纳米尺度畴结构及其极化反转行为.铁电畴图像复杂的畴衬度与晶粒中的畴排列和晶粒的取向密切相关.直接观察到极化反转期间所形成的小至30nm宽的台阶结构，该台阶结构揭示了（111）取向的PZT60/40铁电薄膜在极化反转期间其畴成核与生长机理主要表现为铁电畴的纵向生长机理. 关键词： 畴结构 反转机理 PZT薄膜 扫描力显微术     

不同晶化工艺对非晶PZT纳米薄膜形核取向生长机理的影响

射频磁控溅射法室温下在Pt/Ti/SiO2/Si上制备非晶Pb(Zr048Ti052)O3薄膜，非晶PZT薄膜分别经常规炉退火(CFA)处理和快速热退火(RTA)处理晶化为（100），（111）不同择优取向的多晶薄膜. 采用x射线衍射测定了薄膜相组分、择优取向度；用原子力显微镜和压电响应力显微镜观察了薄膜表面形貌，以及对应区域由自发极化形成的铁电畴像，观察了不同取向薄膜的电畴分布特征. 结果表明，RTA晶化过程钙钛矿结构PZT结晶主要以PZT/Pt界面处的PtPb化合物为成核点异质形核并类似外延的结晶生长，沿界面结晶速率远大于垂直膜面结晶速率，而CFA晶化样品成核发生在膜内杂质缺陷处，以同质成核为主. 不同的成核机理导致了不同晶面择优取向生长. 关键词： PZT薄膜 结晶 形核 力显微技术     

LiNbO3晶体中缺陷的X射线形貌研究

用X射线透射扫描形貌方法观察了直拉法生长LiNbO₃晶体中各种类型点阵缺陷,诸如铁电畴壁、生长层、位错、亚晶界和胞状组织等;用不同衍射矢量对[001]和[210]方向生长的晶体的形貌消象规律,结合X射线铁电异常散射效应和光学显微观察,讨论了晶体中180°铁电畴和生长层的衬度及其分布,并研究了LiNbO₃晶体中180°畴壁形成及其相互关系。 关键词：     

(111)取向(Pb,La)TiO3铁电薄膜中90°纳米带状畴与热释电性能的研究

采用射频磁控溅射技术在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上生长了掺镧钛酸铅(PLT)铁电薄膜.用X射线衍射技术(XRD)研究了PLT薄膜结晶性能,结果表明PLT薄膜为(111)择优取向钙钛矿相织构.使用原子力显微镜(AFM)和压电响应力显微镜(PFM)分别观察了PLT薄膜的表面形貌和对应区域的电畴结构.PFM观察显示PLT薄膜中存在90°纳米带状畴,电畴的极化为首尾相接的低能量的排列方式,带状畴的宽度为20-60nm.研究了PLT10铁电薄膜的制备条件与性能之间的关系.发现在优化条件下制备的PLT10铁电薄膜的介电常数εr为365、介电损耗tgδ为0.02,热释电系数γ为2.18×10-8C·(cm2·K)-1,可以满足制备非制冷红外探测器的需要.     

PT/PZT/PT铁电薄膜的铁电畴和畴壁

用sol-gel法制备出了具有良好铁电性、纯钙钛矿结构的PbTiO₃/Pb(Zr_0.3Ti_0.7)O₃/PbTiO₃(PT/PZT/PT)新型夹心结构铁电薄膜.用扫描力显微镜(SFM)的压电响应模式获得了薄膜铁电畴的垂直于膜平面方向(OPP)、膜平面内(IPP)及OPP的相位和幅度图像，结合理论分析指出薄膜的电畴主要由c畴和偏离垂直于膜平面方向上的c畴构成，薄膜取向的复杂性导致了复杂的畴结构.对于［111］取向的薄膜，当偏离垂直于膜平面方向上的c畴在垂直膜平面方向和面内方向都相反时构成180°的畴壁，在垂直膜平面方向上相同、面内方向相反或由垂直膜平面方向上相反、面内方向相同时构成90°畴壁. 关键词： 铁电薄膜 PT/PZT/PT 电畴和畴壁 扫描力显微镜(SFM)