云母和石墨表面结构的激光检测原子力显微镜研究

1986年,Binnig等人研制成功第一台原子力显微镜(AFM)。和STM不同,AFM不受样品导电性的限制,因而其应用领域更为广阔。1988年,国外开始对AFM进行改进,研制出激光检测原子力显微镜(Laser-AFM)。1989年,国外的Laser-AFM达到了原子级分辨率。目前,AFM已发展成为一种十分重要的表面分析仪器。我们在已有的STM和AFM基础上,又成功地研制出国内第一台全自动Laser-     

煤结构的STM和AFM研究

扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)是Binnig等人于80年代研制成功的新型表面分析仪器.它们具有原子级高分辨率,能够用于实时地观察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.将STM和AFM用于煤的研究,迄今为止尚未见报道.煤的主体由复杂的高分子化合物组成,结构极不均一.通过成像技术,在无降解的前提     

方解石表面的原子力显微镜研究

原子力显微镜(Atornic force microscope,简称AFM)是1985年Binnig等人发明的新型表面分析仪器叫,它和扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,简称STM)都是当今唯一能在正空间直接观察物质表面结构并具有原子级分辨率的仪器,但与STM不同的是,原子力显微镜不仅能观察导电物质的表面,而且能观察不导电物质的表面,因而具有更为广阔的应用范围。由于大多数矿物为绝缘体,因此AFM对于矿物学的研究有着特殊的意     

全部国产化的扫描隧道显微镜研制成功

扫描隧道显微镜(STM)具有极高的分辨率,能清晰地分辨样品表面的原子形貌和电子态结构,是表面科学的理想研究工具。自STM的发明者G.Binnig和H.Rohror获得1986年度的诺贝尔物理奖后,它的发展和应用更是与日俱增,不仅引起了物理学家的广泛兴趣,也受到了其他科学家的高度重视。STM除了分辨率高外(横向1(?),纵向0.01(?)),还具有一系     

扫描隧道显微镜中的磁场效应

1 引言自从Binnig等发明了扫描隧道显微镜以来,其在原子分辨率表面信息研究中,引起人们越来越大的兴趣.在最近的十年中,扫描隧道显微镜得到飞速发展,许多新的派生仪器不断地出现,诸如原子力显微镜(AFM),扫描隧道电位计(STP),扫描近场光学显微镜(SNOM)和弹道电子发射显微镜(BEEM).最近,Volcker等提出了一种新的扫描隧道显微镜工作模     

云母片上硬脂酸LB膜扫描力显微镜的研究

LB膜技术是利用特殊的装置将有机分子以单分子层的形式转移到固体的表面,形成具有规则排列的单层或多层.这些超薄的有机分子膜由于其特殊的物理化学性质,近年来已得到广泛的研究和应用.深入研究这些物质的性质,排列状态,对于加深理解有机超薄分子膜的物理化学性质无疑是十分必要的.扫描探针式显微镜SPM(包括扫描隧道显微镜STM和扫     

原子力显微镜及应用

隧道扫描显微镜(STM)有一个缺点,即它只适于金属和半导体材料表面的探测,而对绝缘材料却无计可施,原因是从STM的探头至绝缘材料的表面形不成某种通路.为此,STM的发明者之一的宾尼博士(Binnig)及其苏黎世的同事找到了一条对策:即将STM的探头改成由金刚石材料制成,这样通过利用存     

自然信息

目前物质表面的原子分辨率图像,一般是通过最近研制成功的扫描隧道式显微镜(STM)来获得的。以STM作为高分辨率探针还有改变表面结构的作用。因此,STM竟成了实现毫微米技术最主要的     

微机控制的扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜(STM)是近几年发展起来的一种用于物质表面研究的新仪器。它利用量子隧道效应的原理,将原子线度的极细针尖在接近样品处(<10)扫描,通过监测样品与钎尖间隧道电流随距离的变化,得到样品表面的形貌。 图1为中国科学院化学研究所于1988年4月研制成功的一台由微机控制的STM。据测得的数据表明,该仪器垂直于表面方向的分辨串为0.1,横向分辨率为1。仪器性能指标达到目前国际上实验室研制仪器的     

低温扫描隧道显微镜的研制

1986年,诺贝尔奖获得者 Binnig 及其同事 Smith 进一步发展了能工作于低温环境的扫描隧道显微镜,从而将扫描隧道显微学的研究工作推进到低温领域.利用低温扫描隧道显微镜开展了超导、电荷密度波(CDW)和自旋密度波(SDW)等方面的研究.扫描隧道谱学(STS)是扫描隧道显微学的另一分支,它的作用在于研究样品的表面电子态.在低温下进行扫描隧道谱的研究,能显著减小谱线热展宽的影响,得到更精确的数据.许多相变同时会伴随着晶格结构或电子态密度的改变,其相变点往往在液氮或液氦温区,要研究这些课题也要借助于低温扫描隧道显微镜.     

用扫描隧道显微镜观察Cr12钢中马氏体

扫描隧道显微镜(STM)是80年代初研制成功的一种新型表面分析仪器,现已在物理、化学、生物等领域获得了广泛应用.与扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及场离子显微镜(FIM)相比,STM具有结构简单、分辨率高、样品制备方便等特点.STM的横向分辨率可超过0.1nm,纵向分辨率可达0.01nm,因而STM适用于观察样品表面微观结构以及由于微观缺陷的存在而引起的原子尺度的起伏,如表面台阶、界面等.目前STM已成功地用于石墨中碳原子及单晶硅表面7×7结构的直接观察.用STM研究金属材料表面的精细组织结构,可有效地填补其它分析手段的不足,但至今由于实验技术及仪器本身的局限,扫描隧道     

多探针扫描探针显微镜研究进展与应用

扫描探针显微镜(SPM)是微纳尺度形貌表征、物性测量及微纳操作的重要工具之一.传统的SPM只有单一探针,功能单一,多探针扫描探针显微镜(MP-SPM)的出现拓展了SPM的应用.MP-SPM的多个探针可充当精确定位的测量电极,从而提供了一种无损探测样品微纳尺度电学输运性质的方法;也可相当于多只独立活动的"手",相互配合实现复杂的纳米操作;还可以探针成像,成像信息作为其他探针操作的先验/反馈信息,从而提高操作的效率及准确性.本文首先介绍了MP-SPM的基本仪器结构,多探针距离缩小及位置标定方法,以及使用多探针技术测量材料电阻率的原理,接着总结了近年来MP-SPM在样品微纳尺度电学输运性质测量、微纳操作、并行成像与操作以及新型力学性质测量等方面的应用,最后探讨了该技术的前沿发展以及面临的机遇与挑战.     

创造力的秘密

自然是怎样创新的?以发明扫描隧道显微镜(STM)而获得1986年诺贝尔物理奖的慕尼黑大学的格尔德·宾宁(Gern Binnig)解释道:世界上任何事物都处于一个产生和消失的分形过程,并在这个分形过程中进化,创造力就在这个进化中体现出来。就人的认识过程来说,就是认识事物的发展过程并找出其规律性。探索迄今未知的规律性是科学的主要任务之一。人在其生活和职业活动中试图确定可预     

方铅矿和辉钼矿表面的STM研究

自从Binnig和Rohrer开创了用STM研究物质表面结构的新途径以来,这一方法已迅速应用到各个研究领域,时至今日所获得的成果充分表明,STM是研究物质表面结构强有力的工具。 1988年,Zheng等首次将STM用于矿物表面结构的研究,并获得了令人鼓舞的成果。     

激光检测摩擦力显微镜的研制

纳米摩擦学已经成为摩擦学最活跃的研究领域之一。摩擦力显微镜(Friction force microscope,简称FFM)是最近几年在原子力显微镜(Atomic force microscope,简称AFM)基础上发展起来的一种具有很高分辨率的、用于研究物质表面微观摩擦性质的探测工具。由于以往在微观尺度上对摩擦现象的研究缺乏有效手段,因此,FFM自问世以来便受到广泛重视并在纳米摩擦学领域得到应用。目前纳米摩擦学研究领域的最新成果大都由AFM和FFM得到,如微摩擦力与表面轮廓斜率的对应关系、微摩擦力的周期性、微磨损的特性等。但AFM和FFM在纳米摩擦学领域的应用研究本身还有待于深入发展。虽然国内一些单位已开展对微观摩擦学的研究和扫描探针系列显微镜的研制工作,但尚未有用FFM从事纳米摩擦磨损研究的报道。清华大学摩擦学国家重点实验室与中国科学院化学研究所于1995年5月成功地研制出国内首台FFM。本文报道了我们在仪器研制方面所作的工作。     

纳米小孔和纳米X光显微术

继扫描隧道显微镜(STM)原子力显微镜(AFM)之后;光学显微术也采用纳米探头(probe)扫探而获得～12nm以至2nm分辨的结果,STM和AFM采用的探头是钨针,光学显微术采用的则是光纤针,用腐蚀可获得极细的尖端(达1nm量级)。这种方式不能用于X光。     

砷化镓(100)与石墨表面电子态的扫描隧道谱研究

对材料表面电子结构的研究,是固体表面物理研究的一个重要方面。近年来在扫描隧道显微镜(STM)基础上发展的扫描隧道谱(STS)技术,显示出在表面电子结构研究中独特的性质。它的一大特点是与STM结合,可以给出空间可分辨的表面价态和空态密度分布。这对于表面不同原子和不同微结构处局域电子态的研究具有重要意义。本文利用国内生产的大气中的STM系统进行改装,发展了STM/STS谱仪。利用这台系统,对砷化镓(100)和     

石墨表面纳米级直接刻蚀的研究

利用扫描隧道显微镜(STM)对导体和半导体表面进行纳米级超微加工,不仅在理论上可深化对表面原子和分子运动规律的认识,以及介观物理、量子力学等基础科学的研究,而且有着潜在的应用前景,如制作高密度存储信息元件和纳米尺度的电子元件等。目前,这方面的工作已取得了一些进展。我们用自行研制的STM,采用在针尖与样品之间施加长脉冲电压的方法对石墨表面进行了直接刻蚀,得到了各种字体和图案。     

快速与精确的AFM探针模型重构研究

在AFM扫描成像中,由于探针具有展宽效应等因素,导致扫描图像失真.从数学形态学角度看,可以认为真实图像失真是受到了探针针尖形貌卷积的作用,因而不能反映样品表面的真实形貌.采用反卷积运算处理可以排除这类扫描成像干扰,但需要准确知道探针针尖形貌,这对于AFM纳米扫描图像的精确重构具有实际意义.在已有的探针建模算法中,基于数学形态学的盲建模算法得到了广泛使用,然而该算法存在运算时间较长,最优降噪门限阈值很难确定等问题.针对这些问题,提出一种新的盲建模方法,可以提高盲建模运算速度,并且实现AFM扫描图像的精确重构.仿真和实验结果证明了上述研究方法的可行性和有效性.     

快速与精确的AFM探针模型重构研究

在AFM扫描成像中, 由于探针具有展宽效应等因素, 导致扫描图像失真. 从数学形态学角度看, 可以认为真实图像失真是受到了探针针尖形貌卷积的作用, 因而不能反映样品表面的真实形貌. 采用反卷积运算处理可以排除这类扫描成像干扰, 但需要准确知道探针针尖形貌, 这对于AFM纳米扫描图像的精确重构具有实际意义. 在已有的探针建模算法中, 基于数学形态学的盲建模算法得到了广泛使用, 然而该算法存在运算时间较长, 最优降噪门限阈值很难确定等问题. 针对这些问题, 提出一种新的盲建模方法, 可以提高盲建模运算速度, 并且实现AFM扫描图像的精确重构. 仿真和实验结果证明了上述研究方法的可行性和有效性.