扫描隧道显微镜简介

180 lines/mm 光栅

针尖距离：100nm

电压：几个KV

分辨率：400nm

电路示意图原理图

Binnig and Rohrer, Review of Modern Physics 71, S324 (1999)

Binnig and Rohrer, Review of Modern Physics 71, S324 (1999)Au

Ni

2007年3月12号

50th Anniversary of

Atomic Resolution

Microscopy (on June

15-17, 2005 at PSU)

In front of Osmond

Building

for Penn State’s

150th Anniversary

in 2005

毫开温度(400mK)强磁场(11Te) STM

温度580mK磁场3Te时的噪声谱

30fA

GaAs(001) Ga-rich 4x6

[110]

[110]

Xue et al., PRL 75, 3177 (1995)

2.4nm

Ga 原子2.35Å

Local Probes: family 家族

Binnig & Rohrer, Rev. Modern Phys. 71, S324 (1999)

Scanning Near-field Optical Microscopy (近场光学显微镜Optics: ½wavelength

Photo Scanning Tunneling Microscopy Microscopy

The height of cantilever is adjusted to keep the frequency shift

开辟了“自下而上”的制造技术Courtesy: Dr. Eigler(IBM Almaden)

STM的工作模式

Record the tunneling current

While keeping the height of

扫描隧道显微谱

)(ερ+−∞eV E dV

dI

F s 两种模式（针尖-样品距离恒定）

位置固定：I 随V 的变化dI/dV

LDOS 随能量的变化

偏压固定：dI/dV 随位置(xy)变化-dI/dV map

某一能量LDOS 随空间的变化

0V= -0.4V I=0.1nA ⊿V=3mV f=2kHz

00.20.4-0.4

-0.2Sample Bias (V)

dI/dV (A.U.)

00.20.4

-0.4

-0.2Sample Bias (V)

dI/dV

(A.U.)

0.3 eV

0.5 eV

一维定态薛定谔方程方势垒问题

E. Stoll, Surf. Sci. 143, L411(1984)h s :表面起伏幅度R: 针尖曲率半径d: 针尖－样品距离R

d

h s

针尖区

真空结区

样品区

在弱隧穿条件下－A1

在正交条件下－A2

sam

tip

t=0 电子处于在tip 上态φj 发现电子的几率

H = H sam ＋H tip

其中：费米分布函数

在泡利原理＋A3和A4近似下

一般地，

很小一个电子从针尖态散射到样品初始态Ψ的的几率

假设探针为球形s 波

扫描隧道显微镜的空间分辨率

E. Stoll, Surf. Sci. 143, L411(1984)Tersoff and Hamann, PRL 50, 1998 (1983)

PRB 31, 805 (1985)

For Al(111):

0.01Å

隧穿电流

隧穿微分电导(dI/dV)

样品正偏压

样品负偏压

Pt(111)

表面共振态：向连续态衰减 2.4A

4.0A

Al(111)

入样品，因而用总哈密顿量H的本征函数|i+>描述。

∧

apex

Resonance Scattering

近场技术local probe 扫描隧道显微谱的理论: 能量分辨率

引入的局域态某能量

范围内bloch波的叠加

+(hk2)/2m*

2m*(E F-E0)h

≥1/2

能量分辨率

Quantum Corral(量子围拦)

Courtesy: Dr. Eigler(IBM Almaden)

M

*

=

.

3

7

m 谐振周期随偏压的变化

Courtesy: Dr. Eigler(IBM Almaden) QUANTUM MIRAGE

Courtesy: Dr. Eigler

Nature, Feb. 2000

(IBM Almaden)

2001年3月、西雅图

Don Eigler