研究目的
回顾近期超快时间分辨扫描隧道显微镜（STM）技术的进展，该技术结合了高空间分辨率与高时间分辨率，用于研究原子尺度上的载流子、自旋和分子动力学。
研究成果
该综述指出，超快时间分辨扫描隧道显微镜技术（如全电泵浦-探测STM、SPPX-STM和THz-STM）成功地将原子级空间分辨率与飞秒至纳秒级时间分辨率相结合。这些方法能够研究包括载流子复合、自旋弛豫和分子振动在内的多种超快动力学过程。当前仍面临降低热效应、提高信噪比以及拓展至复杂材料应用等挑战。未来发展方向包括将STM与原子力显微镜、X射线、STM诱导发光技术相结合，以及通过场发射实现阿秒级分辨率。
研究不足
局限性包括：电子器件固有带宽将电学方法的时间分辨率限制在纳秒级；激光照射产生的热效应干扰测量；非线性响应导致数据解读复杂；信噪比低需采用高重复频率激光或调制技术；超高真空环境中脉冲展宽限制时间分辨率；以及隧穿电子可能改变样品动力学特性。
1：实验设计与方法选择：
该综述讨论了实现时间分辨扫描隧道显微镜（STM）的多种方法，包括高速STM、原子追踪STM、I(t)曲线测量、光导门控STM（PG-STM）、结混合STM（JM-STM）、全电泵浦-探测STM、震动脉冲对激发STM（SPPX-STM）和太赫兹STM。这些方法通过将STM与脉冲电波、太赫兹、近红外和可见光激光器结合使用泵浦-探测技术，克服了传统STM的时间限制。
2：样品选择与数据来源：
样品包括半导体（如GaAs、AlGaAs、LT-GaAs）、磁性原子（如Cu2N/Cu(100)上的Fe）、纳米点（如GaAs上的InAs）、硅表面（如Si(111)-(7x7)）以及单分子（如表面的并五苯）。数据通过STM成像和时间分辨电流测量获取。
3：实验设备与材料清单：
设备包括STM系统、超快激光器（如Ti:蓝宝石激光器）、太赫兹发生器（如ZnTe晶体）、光电导开关、脉冲选择器、任意波形发生器（AWG）、延迟发生器、锁相放大器和各种用于脉冲生成与调制的电子元件。材料涉及探针（如Pt/Ir探针）、上述样品以及用于脉冲传输的传输线。
4：实验步骤与操作流程：
步骤包括用泵浦和探测脉冲（电或光）照射样品或探针，控制延迟时间，测量隧穿电流变化，使用调制技术（如机械振动器进行延迟调制），并通过锁相技术解调信号。对于太赫兹STM，太赫兹脉冲聚焦于探针以调制结电压，并测量整流电流。
5：数据分析方法：
数据分析包括对衰减曲线（如自旋弛豫时间）进行指数拟合、傅里叶变换获取振动频率，以及与理论模型对比。信号处理采用锁相检测和积分方法，从平均电流测量中提取动态信息。
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Scanning Tunneling Microscope
Used for atomic-scale imaging and time-resolved measurements of tunneling current.
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Ti:Sapphire Laser
Provides ultrafast laser pulses for pump-probe experiments.
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THz Generator
ZnTe crystal
Generates terahertz pulses for THz-STM experiments.
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Arbitrary Wave Generator
AWG
Generates electric pulses for modulation and control in STM experiments.
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Lock-in Amplifier
Demodulates signals to improve signal-to-noise ratio in time-resolved measurements.
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Pulse Picker
Selects specific pulses from laser trains for delay control.
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Electro-Optic Modulator
EOM
Modulates continuous-wave lasers into pulsed shapes for STM experiments.
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Photoconductive Switch
Used in PG-STM to gate tunneling current with optical pulses.
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