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超稳定扫描隧道显微镜的设计准则、构建及用于光谱成像的性能定义
摘要： 光谱成像扫描隧道显微镜是研究量子材料的有力技术，能够以亚原子分辨率提供局部电子结构信息。然而由于大多数光谱测量无需探针反馈，该技术对环境振动极为敏感，因此需要配备低振动设施的实验室及高度刚性的显微镜结构。本文报道了一种用于光谱成像测量的超稳定扫描隧道显微镜（STM）的设计与制造，该设备可在超高真空和低温（4K）条件下运行。我们基于现有蓝宝石主体材料设计，通过有限元分析计算显微镜主要部件来指导零件几何形状的设计选择，从而进一步提升刚性。采用该策略构建的STM头部，其粗调进给机构的实测最低共振频率超过f0=13kHz——达到先前报道值的三倍且与计算结果高度吻合。这使得我们在无需专用低振动实验室的情况下，实现了约6飞米/√赫兹的平均振动水平。通过在关联金属Sr2RhO4上进行的形貌与光谱测量，我们展示了该显微镜的性能，以高信噪比呈现了实空间与倒易空间中的准粒子干涉图样。
关键词： 超高真空、低温、光谱成像、有限元分析、超稳定、扫描隧道显微镜
更新于2025-09-23 15:23:52
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锗(001)表面石墨烯在开始表面熔化时的突变
摘要： 通过结合扫描探针显微镜与拉曼及X射线光电子能谱技术，我们研究了接近锗熔点温度下化学气相沉积生长的石墨烯/Ge(001)体系随沉积温度演化的规律，揭示出在930°C时石墨烯的质量、形貌、电学特性及生长模式发生突变。我们将这一不连续现象归因于锗衬底表面未完全熔融，并阐明这种部分熔融如何解释石墨烯/Ge(001)体系中诸多长期存在争议的特殊现象（包括石墨烯过生长诱导的锗衬底特征性纳米结构）。研究发现：在近930°C形成的准液态锗层对获得高质量石墨烯至关重要，而温度降低10度就会导致石墨烯薄膜出现褶皱和缺陷。
关键词： 化学气相沉积、锗、扫描隧道显微镜、催化作用、石墨烯
更新于2025-09-23 15:23:52
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宽带隙半导体中重空穴的自俘获与有序排列
摘要： 扫描隧道显微镜（STM）已被用于宽禁带半导体β-Ga2O3表面自陷空穴的成像与操控。在n型掺杂样品中观测到由局域化空穴构成的正电荷表面层，其密度为10^13 cm^-2。研究表明该表面层可通过STM针尖的空穴泵浦实现填充。同时观测到了自陷空穴玻璃相与有序条纹相之间的转变。分析表明，自陷空穴的饱和二维密度可能由自陷能与库仑排斥能的平衡所决定。
关键词： β-氧化镓，扫描隧道显微镜，自俘获，重空穴，电荷有序，维格纳-莫特态
更新于2025-09-23 15:23:52
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金(111)界面工程促进1T′-MoSe?生长
摘要： 二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）因其不同相态的独特性质而成为相位可控合成的研究热点。然而由于第六族TMDCs金属相的亚稳特性，其制备面临挑战。在单层尺度上，界面工程可用于稳定亚稳相。本研究通过分子束外延技术，在Au(111)基底上实现了单层1H或1T'-MoSe2的选择性生长；利用扫描隧道显微镜与谱学技术可明确区分这两种相态。原始Au(111)基底更利于1H-MoSe2生长，而预沉积Se则促进1T'-MoSe2形成。密度泛函理论计算证实，Se预处理Au(111)基底上1T'-MoSe2相的选择性生长源于Mo插层诱导的1T'相稳定化机制。此外，实验观察到1T'孪晶界和1H-1T'异质结并发现其具有增强的隧穿导电性。该基底预处理相位调控外延策略可推广至Au(111)上其他第六族TMDCs的生长。
关键词： 相位控制、异质结、扫描隧道显微镜/谱学、界面工程、过渡金属二硫化物、二硒化钼
更新于2025-09-23 15:23:52
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具有初始应力及机械和介电非理想界面的三维立方压电声子晶体中弹性波的色散关系
摘要： 纳米结构材料自下而上自组装过程中，单个构筑基元的形状是重要参数。从球体到椭球体的简单形态变化会因定向自由度的改变而显著影响组装过程。当球体层置于椭球体层之上时，通过椭球体采取特殊取向可最小化界面应变。C70富勒烯是最小的椭球体，本研究探讨了其与类球体C60的相互作用。我们发现：在密堆积C70层中，C70的取向可通过接触C60层来调控。这种取向引导现象对范德华分子异质结多层外延生长具有重要应用价值。
关键词： 界面、自组装、外延生长、扫描隧道显微镜、石墨烯、范德华异质结构、富勒烯
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过Sn1-Ge插层对SiC(0001)上准自由站立单层石墨烯的掺杂调控
摘要： 为调节形成于SiC(0001)上的准自由站立单层石墨烯(QFMLG)的转移掺杂，研究者向已通过锡插层处理的ZL与6H-SiC(0001)界面间的QFMLG中额外插入锗原子。将沉积锗的表面在600°C下退火后，形成了具有4×√3结构的Sn1-xGex薄膜——该薄膜由位于QFMLG下方双层结构及带悬键吸附原子组成。研究表明，在此Sn1-xGex薄膜中，锗原子优先占据与衬底顶部硅原子结合的底层位置，而锡原子则占据顶层吸附位点。这些吸附位点上局域电子间的强关联作用诱导形成了半导体合金薄膜。当退火温度升至800°C时，相同4×√3结构插层膜中的锗浓度逐渐增加，狄拉克点也相对费米级从-0.16 eV逐步偏移至+0.20 eV。该结果证实：通过改变Sn1-xGex界面合金膜的组分，成功实现了对SiC(0001)上QFMLG转移掺杂的调控。
关键词： 扫描隧道显微镜、准自由站立石墨烯、锡锗合金插层、哈伯德能带、掺杂调制、光电子能谱、碳化硅(0001)面
更新于2025-09-23 15:23:52
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利用扫描隧道显微镜实现Bi表面Cu-酞菁分子场诱导操控的机制
摘要： 我们重新审视了关于利用扫描隧道显微镜（STM）针尖控制Bi(001)表面上酞菁铜（CuPc）分子运动与组装的假设[K. Nagaoka等，《日本应用物理学报》57卷（2018年）020301期]。针对场致操控，我们研究了"观测到的扩散与凝聚并非由针尖施加偏压导致分子吸附/脱附"这一假说。实验表明：CuPc无法跨越Bi(001)表面的台阶移动，也不会在不同台阶上凝聚；当被限制在纳米尺度区域时，CuPc分子会组装成有序的单层岛状结构。通过STM针尖可操控这些岛的位置，且每个台阶内凝聚分子数量基本恒定。这些结果排除了STM针尖拾取和沉积分子的可能性。
关键词： STM（扫描隧道显微镜）、酞菁、自组装、场诱导操控、铋、表面科学
更新于2025-09-23 15:23:52
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拓扑绝缘体Bi?Se?表面台阶处二维狄拉克电子束缚态的实验观测
摘要： 三维拓扑绝缘体的拓扑保护表面态为研究二维无质量狄拉克电子提供了模型框架。通常将拓扑绝缘体表面的台阶视为狄拉克电子的散射体，相关研究主要聚焦于入射电子与散射电子的干涉效应，而远离狄拉克点处狄拉克锥的扭曲起着重要作用。本文通过实验证明了台阶附近还存在另一种重要效应——台阶附近的能带弯曲会导致相应势阱中形成一维束缚态。我们通过对拓扑绝缘体Bi2Se3表面进行扫描隧道显微镜与谱学研究，观测到了此类势阱中的束缚态。数值模拟支持我们的结论，并提供了识别这类态的方法。
关键词： 态密度、狄拉克电子、表面态、边缘态、束缚态、扫描隧道显微镜、Bi2Se3、拓扑绝缘体、扫描隧道谱学
更新于2025-09-23 15:23:52
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NbSe?衬底调控的Bi薄膜异常电子态与超导邻近效应
摘要： 二维层状材料的异质结构可展现出单一组分所不具备的奇异现象。界面效应是决定异质结构电子特性的关键因素，其表征需要原子级精度的形貌关联分析。本研究报道了以NbSe2为衬底调控少层Bi(110)薄膜电子特性的研究成果。通过扫描隧道显微镜与谱学技术，我们发现不同厚度Bi薄膜的态密度存在显著差异，由此产生偏离传统单调衰减行为的特殊超导邻近效应。此外，Bi薄膜的电子态还受到莫尔图案的空间显著调制。基于第一性原理计算，我们将这些现象归因于Bi/NbSe2界面形成的类共价准键，该作用深刻改变了Bi薄膜中的电荷分布。本研究表明，通过类共价界面耦合（超越传统范德华相互作用）可实现超薄膜电子特性的有效调控。
关键词： 少层铋(110)、二维异质结构、厚度依赖性、扫描隧道显微镜、密度泛函理论计算、类共价准键、邻近效应
更新于2025-09-23 15:22:29
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混合相中sp2–sp3键合类石墨烯纳米碳的无序性研究
摘要： 对混合相中sp2-sp3键合类石墨烯纳米碳(GNC)晶格的无序结构已开展广泛研究，重点关注其电子特性和场发射性能。通过扫描电子显微镜(SEM)进行形貌分析，观察到由原子级平坦台阶面(c面)与大量边缘(与c面垂直的ab面)构成的微观结构。采用扫描隧道显微镜(STM)观测基面原子结构，而场发射显微镜(FEM)适用于解析边缘的纳米形貌。STM图像揭示了六边形与非六边形原子排列及多种缺陷结构。通过扫描隧道谱研究这种短程无序对局域态密度的影响，在不同缺陷位点记录电流-电压(I-V)特性曲线并对比缺陷程度差异。由于具有低功函数和高电场强度，GNC的锐利边缘有望成为优异场发射体，当外加电场沿基面方向时尤其观察到电流增强现象，因此研究这些样品的场发射特性具有重要价值。FEM图像显示低电压下出现亮斑团簇，随电压升高逐渐转变为类似ab面台阶的阵列结构?？芍馗吹腎-V曲线产生线性福勒-诺德海姆图谱，证实场发射是电子发射的主导机制。估算获得10μA电流的开启场强约为3V/μm。
关键词： 场发射显微镜、类石墨烯纳米碳、扫描隧道谱学、扫描隧道显微镜
更新于2025-09-23 15:22:29