原子结构的成像

扫描隧道显微术(S7M)是逐个原子研究表面的技术。STM可以观察原子的排列甚至它们的色,这对了解表面和控制其状态是有益的。STM也是一种工具,可修补表面或沉积于表面的微粒或分子。它为新器件的开发开辟了道路,不仅是较小的器件。而且以十分不同原理工作的那些器件。原子力显微镜可能有拓宽到将STM技术用于绝缘材料的潜力。     

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     

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     

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     

差一点发现原子的人

国际商用机器公司（IBM）的两名科学家，海恩里希·罗雷尔（HdnhchRohrer）和相德·莫尼（GerdBinng）发明了扫描隧道显微镜（STM），但他们并非最早探测电子世界的人。SO年代末期，宾夕法尼亚州立大学的欧文·米勒（ErwinMuller）已经发明了一台原子分辨装置——场粒子显微镜。这种装置设在一个真空空中，强电场把带电原子从样品表面剥离下来，把它们迅速送至检测器中能反映它们排列的适当位置上，然而这种显微镜仅仅局限于观测被拉成非常尖锐的针尖状试样。但在60年代末期，米勒一个从前的学生制成了一种装置，如果他能完成的话，这…     

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     

利用超快扫描隧道显微镜研究原子尺度上的电荷动力学

正许多微观物理化学过程发生在皮秒和飞秒量级,传统的扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope, STM)能够以原子级分辨观察表面结构和电子态,但其时间分辨率不足以解析皮秒和飞秒尺度的超快动力学过程.超快STM结合了STM的空间分辨率和超快光学的时间分辨率,可以实现原子级分辨率的飞秒光谱学,并用于单原子、单分子、单电子和单自旋的非平衡动力学研究.本文首先介绍了超快STM技术的发展,以及我们在这个研究方向上的进展.随后,将超快STM技术应用于光催化材料金红石型TiO2(110)表面上单个极化子的非平衡动力学研究,揭示了     

Si(100)-2×1表面一维Ag原子链形成机制

最近Hashizume等人用扫描隧道显微镜(STM)发现,在低覆盖度下,Ag在Si(100)-2×1表面,吸附于两dimer链间的凹槽(grooves),并形成一系列的Ag原子线性链,这些链都垂直于Si表面的dimer列,这与传统的Ag(或碱金属)原子链沿着dimer列方向的观念不同.同时,Samsavar等人用STM,光电子谱和高能电子衍射HEED等也得到了类似的结果,并进一步推测Ag原子恰好“掉入”凹槽中形成直线形的Si—Ag—Si结构(即吸附高度为零),但他们对一维Ag原子链的形成机制却未给出任何说明和解释.本     

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     

超螺旋pBR322 DNA的STM研究

扫描隧道显微镜(STM)是80年代初期新崛起的一种新型表面分析仪器,它具有达到原子级的空前分辩率,十几年来得到高度的重视并取得迅速的进展。近年来,人们已将其用来研究生物大分子的结构,尤其是将其用来揭示重要遗传物质——核酸的结构。1985年,Baro等开始了这方面的工作,目前STM用来研究脱氧核糖核酸(DNA)的结构已经有一系列的报道。其中,Driscoll等于1990年已获得原子尺度的DNA图像,本实验室白春礼等已成功地用STM观察到三链DNA的存在。但是,STM用来研究生物大分子的结构仍存在一些问题。如何获得易重复的、可靠的结果是尚待进一步探讨的问题。本文用STM成功地对质粒pBR322 DNA进行了成像。     

激光检测原子力显微镜的研制

扫描探针显微术(SPM)的基本原理最初在50年代由J.A.O'Keefe提出,1982年,Binnig和Rohrer等人研制成功第一台SPM——扫描隧道显微镜(STM),并因此获得了1986年诺贝尔物理学奖。此后,Binnig又与Quate等人合作,于1986年推出第一台原子力显微镜(AFM)。和STM不同,AFM是通过探测微探针针尖与被测物质表面原子之间微弱的相互作用力来得到物质表面形貌的信息,不需在样品与探针之间形成电回路,不受样品导电性的限制,因而其应用领域更为广阔。目前,AFM已发展成为一种十分重要的表面分析     

二维冰的结构及其生长机制研究进展

水和冰在自然界中广泛存在,冰的结构与成核生长在材料科学、摩擦学、生物学、大气科学以及行星科学等众多领域具有至关重要的作用,这些过程往往与微观尺度上水分子与表面或者水分子之间的相互作用相关。受限于之前的研究方法和手段,尽管存在大量的实验和理论研究,冰成核和生长的微观机理却仍旧存在许多争议与疑问。因此,从原子尺度上对冰结构和成核生长过程进行准确的表征和研究具有极为重要的意义。研究者利用超高真空低温扫描隧道显微镜(STM)和非接触式原子力显微镜(NC-AFM)联合系统,通过对qPlus针尖进行化学修饰,借助针尖与水分子之间的高阶静电力,成功实现在实空间中对Au(111)表面上的双层二维冰结构的高分辨成像,确认了其"互锁式"氢键构型,并进一步通过对二维冰边界结构的非侵扰式成像,首次观测到二维冰生长过程中边界上的一系列中间态和亚稳态。之后通过结合第一性原理计算和分子动力学模拟,提出了二维冰锯齿状和扶椅状边界的两种生长机制。这在原子尺度上揭示了二维冰成核生长的过程和机理,为研究原子尺度上冰的生长过程提供了一种新途径,并能拓展到广泛的二维材料体系研究中。     

射频等离子法PAN基预氧化纤维微观结构表征

采用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、扫描隧道显微镜(STM)、X射线衍射(XRD)等技术, 在微米、纳米及原子尺度下对射频等离子法制备的预氧化纤维微观结构进行了表征. 首先将聚丙烯腈(PAN)原丝样品在富氧溶剂中浸泡并用射频电场极化, 然后在射频氧等离子体环境中进行预氧化. 与未浸泡处理且采用常规电炉法制备的预氧化纤维比较, 微米尺度下的SEM形貌显示, 这种预氧化纤维表面微纤间的皱褶较浅且较整洁圆滑, 径向结构的不均匀性得到改善; XRD计算结果表明, 石墨化度和微晶尺寸有所增大, 层间距则有所减小. 同时, 在纳米尺度下的HRTEM图像中观察到等离子法制备的预氧化纤维(002)晶面的晶格条纹和晶格边缘; 在纳米及原子尺度下的STM图像中探测到组成微纤的超微纤丝具有相互缠结、呈轴向伸展的左螺旋结构, 其表面原子具有取向排列趋势.结果表明, 该等离子法可使原丝内外氧化趋于一致, 有利于改善预氧化纤维的径向结构差异.     

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。     

低能弹道电子对Au/Si界面电子透射性质影响的研究

金属/半导体界面的结构及性质一直是人们十分关注的研究领域,随着微电子技术的飞速发展,在微米、甚至纳米的微观尺度上研究探测界面的性质已经变得日益重要,弹道电子发射显微镜(Ballistic-electron-emission microscope,以下简称BEEM)是在扫描隧道显微镜(STM)基础上发展起来的一种最新的界面研究实验技术,如图1所示的BEEM实验采用的三电极系统中,STM针尖向沉积在半导体基底上的一层薄金属膜发射电子,运用平面隧道结WKB近似及测不准原理可以计算出,针尖发射的电子束在到达界面时其束径约为纳米量级,因此BEEM能够在纳米尺度上探测样品界面电子性质的分布特性.如果将探针定位于样品表面某点上,在保持针尖和样品表面的隧道电流I_t恒定的情况下扫描针尖电压V_t,还可获得得弹道电流互I_c与电子能量V_t的关系,称为弹道电子发射谱(Ballistic-electron-emmisison spectroscope,简称为BEES),BEES不仅反映出被探测纳米尺度区域界面的肖特基势垒高度,而且还提供了电子从发射针尖到半导体内部整个传输过程的有关信息,包     

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     

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。     

日本开发出“原子层成长观察显微镜”

日本电信电话(株)(NTT)开发出了分辨率极高的能够观察到化合物半导体的结晶表面的“成长过程”的电子显微镜——原子层成长观察显微镜.在世界上首次成功地利用此镜观察到了每一个原子层扩张形成薄膜的全过程。     

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-