李洪波 1,2,3,4,5徐靖银 4,5魏文寅 4,5李恩恩 1,2,3,4,5[ ... ]方广有 1,2,3,4,5,**
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院电磁辐射与探测技术院重点实验室，北京 100190
3 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
4 中国科学院广东大湾区空天信息研究院，广东 广州 510700
5 广东省太赫兹量子电磁学重点实验室，广东 广州 510700
太赫兹（THz）近场成像是突破光学衍射极限实现太赫兹超分辨成像的重要方法，对研究材料表面的超快动力学过程具有重要的意义。扫描隧道显微镜（STM）是一种能实现原子级分辨的设备，但引入时间尺度，面临诸多困难。早期从STM固有电学方法发展的时间分辨方法的分辨率受限于电信号传输带宽，基于光信号耦合的泵浦探测方法则面临微带线传输带宽和严重的热效应等限制。在此背景下，THz-STM以低热效应、高隧穿效率、高稳定性等独有的优势为实现100 fs量级和0.1 nm级超高时空分辨成像提供了解决方案，成为太赫兹近场超分辨成像的研究热点。介绍时间分辨STM到THz-STM的发展历史，着重介绍THz-STM的基本原理和现状，为了解THz-STM技术在太赫兹近场超分辨成像中的应用和发展提供了思路。
太赫兹 近场成像 高时空分辨 扫描隧道显微镜 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811001
北京航空航天大学电子信息工程学院, 北京 100191
太赫兹是电磁频谱上还未被完全开发利用的频段, 但太赫兹谱学成像技术在材料科学和器件测试等方面已展现出重要应用价值。然而受远场衍射极限限制, 该频段难以聚焦于纳米、原子尺度的新材料和微纳器件中, 极大阻碍了太赫兹科学的发展与技术应用。为提高成像分辨率, 使其成为材料科学等交叉领域强大的研究工具, 近年诞生了太赫兹耦合的近场显微技术, 实现了纳米到埃米量级的空间分辨。本文综述了太赫兹耦合的近场显微技术, 包括扫描近场显微镜和扫描隧道显微镜各自的发展历程和应用实例, 并探讨了太赫兹近场显微技术的未来机遇和挑战。
近场显微技术 太赫兹 原子力显微镜 扫描隧道显微镜 near-field microscopy terahertz atomic force microscopy scanning tunneling microscopy
1 上海大学 理学院 物理系和微结构实验室, 上海 200444
2 中科院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室, 上海 200083
利用超高真空扫描隧道显微镜的隧道谱实验对汞空位掺杂的液相外延P型碲镉汞材料在室温条件下进行测量,发现直接的电流-电压隧道谱对带隙预言一定程度上要受到成像偏置电压的影响.但当采用了锁相放大测量技术, 通过实验直接获取微分隧道谱(dI/dV)信号, 并利用电流-电压谱对dI/dV作归一化处理时, 最终结果则能较准确、可靠地预言材料的带隙, 表明扫描隧道谱方法作为独立于光学方法之外的另一种实验表征手段对碲镉汞能带电子结构研究的适用性.
碲镉汞 扫描隧道显微镜 扫描隧道谱 能带带隙 锁相放大技术 HgCdTe scanning tunneling microscopy scanning tunneling spectroscopy energy band gap lock-in amplifier
1 上海大学 理学院物理系和微结构实验室，上海200444
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海200083
利用超高真空扫描隧道显微镜对经过溴甲醇溶液腐蚀处理的液相外延碲镉汞材料进行了表征.发现经过腐蚀处理（3%浓度，2.5 min）的样品表面出现高密度的凹坑结构，凹坑深度约几十纳米，横向尺度在几十到几百纳米之间.扫描隧道谱测量表明，腐蚀样品表面平坦区呈现较大表观带隙，需考虑针尖诱导的能带弯曲效应，而凹坑区在零偏压区的扫描隧道谱线则近似为线性变化，说明该区域包含较高的带隙态并直接参与隧穿，从而掩盖了带隙信息.
碲镉汞 扫描隧道显微镜 隧道谱 HgCdTe scanning tunneling microscopy (STM) tunneling spectrum
Author Affiliations
Abstract
1 Research Institute of Disease Control and Prevention, Shenzhen Internation Travel Healthcare Center, Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Shenzhen 518045, China
2 Life Science Division, Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University, Shenzhen 518055, China
3 Department of Chemical Defence, Navy Submarine Academy, PLA, Qingdao 266071, China
4 Department 7, Research Institute of Surgery and Daping Hospital, The Third Military Medical University, Chongqing 400042, China
5 Research Institute of Disease Control and Prevention, Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Shenzhen 518045, China
Conformations of surface atoms in various stages of nanogold-based genechip testing are scanned by the atomic force and scanning tunneling microscope. We intuitively observe the process and differences in probe combination, nucleic acid hybridization, and silver staining, which might be useful to validate the assay method of genechip. We hope to use this technology to make the other invisible chemical or biochemical reaction become visible and convincible in the future.
纳米金 银 基因芯片 原子力显微镜 扫描隧道显微镜 110.0180 Microscopy 110.2970 Image detection systems 180.5810 Scanning microscopy 040.5160 Photodetectors Chinese Optics Letters
2010, 8(10): 964
曲阜师范大学激光研究所， 山东 曲阜 273100；淄博师范高等专科学校科研处， 山东 淄博 255130
扫描探针显微镜(SPM)作为一种广泛应用的表面表征工具，不仅可以表征三维形貌，还能定量地研究表面的粗糙度、孔径大小和分布及颗粒尺寸，在许多学科均可发挥作用.以纳米材料为主要研究对象，综述了国外最新的几种扫描探针显微表征技术，包括扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)和近场扫描光学显微镜(SNOM)等方法, 展示了这几种技术在纳米材料的结构和性能方面的应用.
材料表征 扫描探针显微镜(SPM) 扫描隧道显微镜(STM) 原子力显微镜(AFM) 近场扫描光学显微镜(SNOM) material characterization scanning probe microscopy(SPM) scanning tunneling microscope(STM) atomic force microscope(AFM) scanning near-field optical microscopy(SNOM)
1 山东大学,控制科学与工程学院,电子束研究所,山东,济南,250061
2 泰山学院,物理系,山东,泰安,271021
提出了一种基于神经网络理论的微位移工作台控制方案.该工作台以压电陶瓷作为微位移驱动元件,对伺服电机大位移进行位移补偿.分析了压电陶瓷微位移驱动器的原理,建立了工作台的数学模型.神经网络PID控制器对工作台进行闭环控制,利用BP网络的自学习和自适应能力,实时调整网络加权值,改变PID控制器的控制系数,减小工作台的位移误差.采用专用的压电陶瓷驱动电源对工作台的位移进行了实验,相对于常规PID控制器,微位移为11.41μm时的响应时间从1.5 s缩短到1 s,稳态位移误差从3.13%减小到1.05%,工作台的稳定性和定位精度得以提高,改善了扫描隧道显微镜的工作性能.
扫描隧道显微镜 精密工作台 神经网络 PID控制 自适应控制
金属纳米粒子或薄膜在可见光的激励下产生表面增强效应.尝试在光子扫描隧道显微镜(PSTM)中应用带铝的光纤探针来提高成像的分辨率和灵敏度.采用二维时域有限差分法(FDTD)模拟计算了裸光纤、尖端镀铝颗粒光纤、孔径镀铝膜光纤和全镀铝膜光纤探针的成像.结果显示,采用带铝探针后的灵敏度均比裸光纤提高两个数量级;尖端镀铝颗粒光纤探针的分辨率最好,可优于20nm;全镀铝膜和孔径镀铝膜光纤探针的分辨率分别可达到20nm和60nm.结果可供探针制备及实验参数设置参考.
光子扫描隧道显微镜(PSTM) 时域有限差分(FDTD)法 分辨率 灵敏度
1 河南师范大学物理与信息工程学院,河南,新乡,453007
2 新乡广播电视大学,河南,新乡,453003
以普通的单模石英光纤为材料,改进熔融拉锥装置,利用有旋转曲面的凹面镜,实现了制作扫描隧道显微镜光纤探针的加工过程.实验表明,改进后的拉锥装置满足了制作纳米量级针尖曲率半径光纤探针的基本要求.
光纤探针 扫描隧道显微镜(STM) 熔融拉锥 凹面镜
