The design and the performance of an ultrahigh vacuum 3He fridge-based scanning tunneling microscope with a double deck sample stage for in-situ tip treatment
扫描隧道显微镜（STM）是在原子尺度上研究材料结构和电子性质的有力工具。低温和高磁场的STM和相关的光谱技术相结合，使我们能够调查在这些极端条件下的高能量分辨率的材料的新的物理性质。在这里，我们提出的结构和性能的双真空3He冰箱为基础的STM系统与7特斯拉超导磁体。它的特点是STM头上有一个双层样品台，因此我们可以通过场发射清洁针尖或原位制备自旋极化针尖，而无需从STM中取出样品。它还能够进行原位样品和尖端交换和制备。通过在金表面上用铌针尖测量超导能隙，确定了在T = 310 mK时扫描隧道能谱的能量分辨率为400 mK。我们证明了该STM系统的性能，通过成像的双共线磁阶的$Fe_{1+x}Te$在T= 5 K。
2018-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Tip effects in scanning tunnelling microscopy of atomic-scale magnetic structures
自旋极化扫描隧道显微镜（STM）原理上不仅可以分辨电子，而且可以分辨磁性表面结构。我们最近的STM测量模型实现磁分辨率的原子尺度上的第一性原理方法。它示出了一个特定的磁性或非磁性STM尖端的签名可以明确地被识别。它还建立了Tersoff和哈曼的模型将产生电子以及磁的表面，这是远远低于STM分辨率的对比度。
2001-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Probing interlayer van der Waals strengths of two-dimensional surfaces and defects, through STM tip-induced elastic deformations
一种方法来测试层间结合强度的二维（2D）表面和相关的一个（1D）和两个（2D）-维表面缺陷，使用扫描隧道显微镜针尖诱导变形，证明。表面弹性形变特性的软2D单原子片的石墨烯和石墨相比，NbSe 2表示相关的关联与潜在的本地键合配置。二维石墨莫尔图案的表面变形揭示了层间范德华强度在其域中的变化。这些结果有助于理解一维晶界以及晶粒的可比层间结合强度。异常现象相关的探测二维材料在小间隙距离作为应变的函数进行了讨论。
2023-03-07 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of tunnel current between scanning tunneling microscopy tip and hydrogen-adsorbed Si(001) surface
利用第一性原理电子传导理论研究了氢吸附Si（001）表面的扫描隧道显微镜（STM）图像。所得的STM图像和扫描隧道光谱与实验结果一致。裸二聚体的$π$态对隧道电流的贡献非常大，而二聚体的$σ$态对STM图像几乎没有影响。隧道电流不通过二聚体的中心，而是通过具有局部回路电流的二聚体的边缘。此外，当尖端存在于氢吸附的二聚体上方时，相邻裸二聚体的$π$态对隧道电流有一定的贡献。这导致STM图像，其中邻近裸二聚体的氢吸附二聚体看起来比被氢吸附二聚体包围的那些高。这些结果与STM观察到的实验图像一致。
2006-03-23 cond-mat.mtrl-sci
On the possibility of exploring tip-molecule interactions with STM experiments
提出了一种分析单分子在扫描隧道显微镜（STM）固定探测区停留时间的理论。该方法是针对一维分子扩散而开发的，并且可以通过使用相同的方法扩展到二维。明确的结果推导出一个和谐的吸引和排斥尖端分子相互作用。应用该理论可以估计STM针尖和分子之间相互作用的类型和强度。这包括当尖端被分子装饰时估计分子-分子相互作用的可能性。尽管我们专注于STM，但这一理论可以类似地应用于监测单分子的其他实验探针。
2022-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Submolecular resolution by variation of IETS amplitude and its relation to AFM/STM signal
在这里，我们展示了扫描隧道显微镜（STM），非接触原子力显微镜（AFM）和非弹性电子隧道光谱（IETS）测量有机分子与CO终止的尖端在5 K。在所有通道中同时观察到的高分辨率对比度明确地证明了STM/AFM/IETS中与CO官能化尖端的侧向弯曲相关的常见成像机制。IETS谱表明，5 K下的亚分子对比包括振动频率的重整化和IETS信号振幅的变化。这一发现也证实了第一原理模拟。我们相应地扩展了探针粒子AFM/STM/IETS模型，以包括这两个主要成分，以重现高分辨率的IETS对比度。我们还采用第一性原理模拟，以获得更多的洞察不同的响应挫折的平移和旋转模式的CO尖端在成像过程中。
2017-10-17 cond-mat.mtrl-sci
The origin of high-resolution IETS-STM images of organic molecules with functionalized tips
最近，家庭的高分辨率扫描探针成像技术，使用装饰的提示已被称赞的方法的基础上非弹性电子隧道能谱（IETS）。这项新技术通过映射位于扫描隧道显微镜（STM）尖端顶端的单个一氧化碳（CO）分子的振动能来解析有机分子的内部结构。在这里，我们解释了高分辨率IETS成像扩展模型早期开发的STM和原子力显微镜（AFM）成像与装饰提示。特别是，我们表明，装饰与CO的尖端作为一个纳米级的传感器，改变的CO受挫翻译的能量响应于表面电位的局部曲率的变化。此外，我们表明，高分辨率的AFM，STM和IETS-STM图像可以提供信息的分子内电荷转移沉积在一个表面上。为了证明这一点，我们扩展了我们的数值模型，考虑到静电力之间的装饰尖端和表面Hartree电位。
2014-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Contrast stability and "stripe" formation in Scanning Tunnelling Microscopy imaging of highly oriented pyrolytic graphite: The role of STM-tip orientations
高取向热解石墨（HOPG）是一种重要的基体材料，通常被用作扫描隧道显微镜（STM）校准的标准，因此准确解释HOPG STM对比度具有重要的基础和应用价值。我们证明STM模拟的基础上获得的电子结构从第一性原理的STM尖端顶点相对于HOPG基板的相对局部取向有相当大的影响HOPG STM对比度。对于HOPG的实验STM分析重要的是，模拟表明，保持$d_{3z^2-r^2}$尖端-顶点状态对STM电流的主要贡献的局部尖端旋转仅影响HOPG STM对比度的次要特征，从而导致“条纹”形成并使主要对比度不变。相反地，尖端旋转导致来自$m\ne 0$尖端-顶点电子态的增强的贡献可以引起初级对比度的三角形-六边形变化。我们还报告了偏置电压依赖的STM形貌亮度相关性方面的两个STM模拟模型与实验的比较，并讨论了我们的研究结果HOPG（0001）表面结合不同的尖锐度和终端的钨尖模型。
2014-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Energy resolved STM mapping of C$_{60}$ on metal surfaces: A theoretical study
我们提出了一个详细的理论研究的扫描隧道成像和光谱的\Csixty在银和金表面，最近的实验和讨论的动机X。Lu等人[PRL \textbf{90}，096802（2003）和PRB \textbf{70}，115418（2004）]。表面/样品/针尖系统是在一个自洽的DFT紧束缚模型。的地形和电导图像计算在恒定电流从一个完整的自洽输运理论的基础上非平衡格林函数，并与那些从局域态密度模拟比较。\Csixty的分子轨道在能量分辨图中被清楚地识别，与实验结果密切一致。我们展示了尖端结构和方向如何影响图像。特别是，我们认为截断提示的能量分辨地图的影响。
2005-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Combined AFM and STM measurements of a silicene sheet grown on Ag(111) surface
在这封信中，我们提出了第一个非接触原子力显微镜（nc-AFM）的硅烯在银（Ag）表面，通过结合非接触原子力显微镜（nc-AFM）和扫描隧道显微镜（STM）。在Ag（111）表面上生长的大面积硅烯的STM图像显示了（sqrt 13 xsqrt 13）R13.9°和（4x 4）超结构。对于广泛观察到的（4x 4）结构，nc-AFM形貌显示出原子尺度的对比度反转的针尖-表面距离减少。在最短的针尖-表面距离，nc-AFM的形貌是非常相似的STM之一。在nc-AFM形貌中观察到的结构与仅两个硅原子中的一个可见相容。这明确地表明硅烯蜂窝层的强屈曲。
2013-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Arbitrary tip orientation in STM simulations: 3D WKB theory and application to W(110)
我们扩展了三维（3D）Wentzel-Kramers-Brillouin（WKB）原子叠加方法中实现的轨道相关电子隧穿模型，用于模拟扫描隧道显微镜（STM），包括任意尖端取向。尖端的取向由以尖端顶点原子为中心的局部坐标系表征，该局部坐标系通过相对于样品坐标系旋转而获得。旋转由欧拉角描述。应用我们的方法，我们突出的实空间形状的电子轨道参与隧穿的作用，并分析的收敛性和轨道的贡献的隧道电流以上的W（110）表面依赖于模型钨尖的方向。我们还模拟了恒流条件下的STM图像，发现它们的质量很大程度上取决于针尖的取向。一些取向导致图像上的突起，这些突起不在W原子上方发生。这种表观原子位置的存在使得难以确定表面原子的确切位置。建议在评价其他表面上的实验STM图像时也应考虑这种尖端取向效应。所提出的计算效率的隧道模型可以被证明是有用的，通过比较STM实验与大量的模拟系统不同的尖端方向，获得更多的信息的局部尖端的几何形状和方向。
2013-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Chen's derivative rule revisited: Role of tip-orbital interference in STM
在Chen的电子隧穿导数规则[C. J. Chen，Phys.Rev.B42，8841（1990）]问世25周年之际，我们对该规则进行了修正，以便基于第一性原理电子结构数据对扫描隧道显微镜（STM）进行有效的计算模拟。修正后的模型允许通过任意的能量独立的选择或基于能量相关的加权系数，通过扩展的尖端单电子波函数/状态密度投影到尖端顶点原子上获得的不同尖端轨道字符的隧穿矩阵元素的权重。该模型通过构造将STM结中的尖端-轨道干涉包含在模型中，并可对其进行定量分析。作为另一个优点，通过使用欧拉角旋转尖端顶点的坐标系并重新定义隧穿矩阵元素的加权系数，任意尖端几何取向被包括在修正模型中。我们证明了该模型的可靠性，通过将其应用到最近感兴趣的两个功能化表面，其中量子干涉效应在STM成像过程中发挥了重要作用：N-掺杂石墨烯和Ag（111）表面上的磁性Mn 2 H复合物。我们发现，所提出的隧道模型是25倍的速度比Barclay方法的计算时间，同时保持良好的协议。我们的研究结果表明，针尖的电子结构有相当大的影响STM图像，和Tersoff-Hamann模型并不总是提供足够的结果，鉴于量子干涉效应。对于这两个研究的表面，我们强调的重要性，s和pz尖端轨道之间的干扰，可以导致一个显着的对比度变化的STM图像。
2015-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Molecular Motion on Semiconductor Surface via Tip-enhanced Multiple Excitation
利用扫描隧道显微镜（STM）对吸附在Si（001）表面上的CO分子的不可约横向运动进行了低温研究，发现CO分子的不可约横向运动与隧道电流呈超线性关系。这种依赖性意味着吸附物位移是由吸附物振动模式的多个激发引起的，这种情况到目前为止只在金属表面观察到。隧穿电子的欧姆非弹性散射加热的表面上原子尺度的局域振动温度表明，CO的不可逆运动存在一个0.11 eV的激活势垒，与第一性原理计算得到的绝热势一致.这种高效的局部加热是由STM针尖的电场在表面诱导的中间能隙态引起的。
2012-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Sexiphenyl on Cu(100): nc-AFM tip functionalization and identification
在扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）图像中获得的对比度是由尖端终止和对称性决定的。用单个金属原子、CO分子或有机物种官能化尖端已被证明提供高空间分辨率和对尖端-表面相互作用的了解。利用这一概念的主题是有机分子在表面的吸附。通过这项工作，我们的目标是促进不断增长的数据库的有机分子，允许分配分子内成像。利用低温扫描隧道显微镜（STM）和具有分子内分辨的非接触式原子力显微镜（AFM）研究了有机分子对六苯基（C36 H26，6P）在Cu（100）表面的吸附行为。在亚单层制度，我们发现一个平面和平坦的吸附与6P分子旋转10°的方向<010>。在这种构型中，六个苯环中的四个占据了表面上几乎相等的位置。6P分子进一步研究与CO官能化的提示，在比较的单原子金属和6P-终止的提示。我们还表明，当尖端用有机分子封端时，Hofmann等人Phys.Rev.B112（2014）066101引入的使用吸附的CO来表征尖端的程序是有用的。
2018-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Clarifying multiple-tip effects on Scanning Tunneling Microscopy imaging of 2D periodic objects and crystallographic averaging in the spatial frequency domain
晶体图像处理（CIP）技术可用于扫描探针显微镜（SPM）中以收集已被来自多个探针尖端的信号遮蔽的信息。这对于扫描隧道显微镜（STM）可能是特别重要的，并且需要来自在两个维度上是周期性的样品的图像。STM中的多个尖端的成像电流是以比现有方法更直接的方式导出的。p4 mm Bloch表面波函数和一对δ函数尖端的电流的傅立叶谱揭示了各种类型的图像模糊的尖端分离依赖性。特别是，我们的分析预测，量子干涉应该是可见的宏观尺度上的带的形式完全不同的篮子编织模式，一个纯粹的经典模型将创建在相同的周期性双STM尖端分离。介绍了一种表面波函数，它模拟了高度（0001）取向的热解石墨（技术上称为HOPG）的基本特征，并用于类似的尖端分离分析。使用具有显著空间范围的键合H_2尖端波函数代替这对无穷小的狄拉克δ函数尖端不会以任何可观察的方式影响这些结果。这可以用皮埃尔·居里著名的对称原理来解释。STM图像中的多个尖端效应的经典模拟可以被理解为对用其他类型的SPM记录的图像中的多个尖端效应进行建模。我们的分析澄清了为什么CIP和结晶学平均工作以及从记录的2D周期性图像中去除钝SPM尖端（由多个微型尖端组成）的影响，并概述了这种图像处理技术的局限性，STM微型尖端的某些空间分离。
2020-07-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quantum transport through STM-lifted single PTCDA molecules
本研究通过扫描隧道显微镜测量单个PTCDA分子的量子电导，结合Landauer/Keldysh方法计算输运性质，揭示了STM-表面间距对分子化学吸附能级的调控规律，实验与计算结果吻合。
2008-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
What is the orientation of the tip in a scanning tunneling microscope?
我们介绍了一种统计相关分析方法，以获得信息的局部几何形状和方向的尖端在扫描隧道显微镜（STM）实验的基础上大规模的模拟。关键量是实验和模拟数据之间的恒定电流地形图的相对亮度相关性。可以针对大量建模的尖端方向和几何形状对这种相关性进行统计分析。假设在STM扫描期间稳定的尖端并且基于相关性分布，可以确定STM实验中最可能存在的尖端取向，并且排除其他取向。这对于诸如高取向热解石墨（HOPG）的基底尤其重要，因为其STM对比度强烈依赖于尖端，这使得STM图像的解释和比较非常具有挑战性。我们说明了我们的方法的适用性，考虑HOPG表面结合两种不同的顶点几何形状和18144个不同的取向的钨尖模型。我们计算了在$|V|\le 1$ V偏压范围内HOPG（0001）表面沿$<1\bar{1}00>$方向的恒流分布，并与实验数据进行了比较。我们发现，一个钝尖模型提供了更好的相关性与实验的更广泛的尖端方向和偏置电压比尖锐的尖端模型。这种实验和大规模模拟的结合开辟了获得更详细的信息的尖端顶点的结构和更可靠的解释STM数据的局部尖端几何形状的影响。
2015-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Effect of tip-geometry on contrast and spatial-resolution of the Near-Field Microwave Microscope
近场扫描微波显微镜（NSMM）可以在远小于自由空间波长（λ）的尺度上对材料性质进行定量成像。在这里，我们报告了一项研究的影响，针尖几何形状的NSMM信号。这种特殊的NSMM利用扫描隧道显微镜（STM）进行距离跟踪控制。我们系统地研究了许多市售的STM尖端，发现它们在宏观尺度上具有圆锥形结构，在尖端的顶点处具有嵌入的球体（半径为rsphere）。研究中使用的rsphere值范围为0.1 μm至12.6 μm。具有较大rsphere的尖端显示出与NSMM的良好信号对比度（如通过隧穿高度与远离样品2 μm之间的频移（δf）信号所测量的）。例如，与rsphere = 0.55 μm的尖端的85 kHz相比，rsphere = 8 μm的尖端的信号对比度为1000 kHz。然而，大rsphere提示扭曲的地形特征，通过STM获得。一个理论模型是用来理解的尖端样品的相互作用。该模型定量地解释了测量的品质因数（Q）的变化作为体铜和硅样品的高度的函数。
2005-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
STM contrast inversion of the Fe(110) surface
我们扩展了三维（3D）Wentzel-Kramers-Brillouin（WKB）原子叠加方法中实现的轨道相关电子隧穿模型，以模拟磁性表面上方的自旋极化扫描隧道显微镜（SP-STM）。隧道模型是基于电子结构数据的磁性尖端和表面从第一性原理。应用我们的方法，我们分析了轨道对隧穿电流的贡献，并研究了Fe（110）表面上恒流SP-STM图像上原子衬度反转的性质。我们发现的轨道相关的隧道和自旋极化效应的相互作用负责的对比度反转，我们讨论了它的依赖于偏置电压，上的尖端样品的距离，和上的尖端轨道组成。
2014-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The Trapping and Characterization of a Single Hydrogen Molecule in a Continuously Tunable Nanocavity
利用扫描隧道显微镜（STM-IETS）和密度泛函理论（DFT）计算，研究了单个H2分子在具有可控形状和STM针尖与Au（110）表面间距的纳米腔中的性质. STM针尖不仅用于表征，而且直接参与分子化学环境的修饰。H2的键长在顶腔中扩展，当间隙关闭时有解离的趋势，而在槽腔中保持不变。在相同的设置中两个基本上不同的腔的可用性允许理解H2在贵金属表面上的吸附，并通过设计设置用于操纵单个化学键的路径。
2015-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Honeycomb lattice of graphite probed by scanning tunneling microscopy with a carbon nanotube tip
碳纳米管（CNT）针尖是通过化学气相沉积在蚀刻钨丝的顶点处制造的，并用于扫描隧道显微镜。在T=79 K时，用CNT针尖分辨STM图像中的石墨蜂窝晶格。源自CNT的p轨道的优异空间分辨率是STM图像中石墨蜂窝晶格的图像的原因。CNT尖端对于晶格常数小的样品的成像是有用的，并且由于其具有尖锐的p轨道的优越空间分辨率，可以获得具有轨道排序的样品中的轨道信息。
2013-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detailed analysis of scanning tunneling microscopy images of the Si(001) reconstructed surface with buckled dimers
对洁净Si（001）表面的扫描隧道显微镜（STM）图像进行了充分的解释。我们对硅（001）表面上的屈曲二聚体进行了STM观测和{ \it ab initio}模拟。实验结果与理论结果的比较表明，STM图像依赖于样品偏置和针尖-样品间距。这使我们能够阐明STM图像中的电子结构与屈曲二聚体的原子结构之间的关系。此外，为了阐明这些变化，我们分析了$π$，$π^{\ast}$表面态和$σ$，$σ^{\ast}$ Si-Si键态的局部态密度的空间分布的细节，这有助于STM图像。
2000-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Bulk and Surface Nucleation Processes in Ag2S Conductance Switches
我们研究了金属Ag的形成内部和表面的Ag 2 S薄膜，诱导的电场与STM针尖。观察到两个明显的区域：在低偏压下表面上的团簇形成，和在较高偏压（V > 70 mV）下的全电导切换。观察到这种转变的偏置电压与室温下电导切换的已知阈值电压一致。我们提出了一个低偏压下团簇形成的模型。所提出的模型的测量数据的缩放表明，该过程发生在稳态附近，但取决于STM针尖的几何形状。通过尖端缩回测量和形貌扫描证实了簇的生长。这项研究提供了更好的理解的物理机制，驱动固体电解质忆阻器件的电导切换。
2011-08-26 cond-mat.mtrl-sci
FIM tips in SPM: Apex orientation and temperature considerations on atom transfer and diffusion
在室温和158K下，利用透射电镜（TEM）研究了在STM隧道效应和机械接触实验中，Au（111）表面向W（111）和W（110）针尖转移的原子.在（111）和（110）针尖平面上扩散的不同激活能和实验温度被证明是控制针尖原子结构变化程度的重要因素。W（111）针尖更适合于扫描探针研究，这需要表征原子定义的针尖，并随后验证其完整性。当针尖靠近Au（111）时，观察到的隧穿电流尖峰的统计数据用一个简单的吸附原子扩散通过STM结的模型解释。
2013-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of sample momentum space features on scanning tunnelling microscope measurements
扫描隧道显微镜（STM）测量的理论理解涉及STM针尖和被测样品的电子结构细节。传统上，焦点一直在样品的电子状态模拟的准确性上，而STM尖端电子状态通常近似为简单的球对称$ s $轨道。这种广泛使用的$ s $轨道近似在最近的STM研究中失败了，其中硅中的次表面杂质波函数的测量STM图像需要STM尖端电子状态的详细描述。在这项工作中，我们表明，失败的$ s $轨道近似是由于间接带隙的样品材料硅（Si），这引起复杂的谷干扰的动量空间中的杂质波函数。基于直接（GaAs）和间接（Si）带隙材料中杂质波函数的数百万原子电子结构计算的STM图像的直接比较，我们的结果建立，虽然STM尖端轨道的选择对于直接带隙GaAs材料仅起次要的定性作用，但是STM测量被间接带隙Si材料的动量空间特征显著地修改，从而需要STM尖端轨道构型的定量表示。我们的工作提供了新的见解，以了解未来的STM研究的半导体材料的动量空间的基础上，这将是重要的设计和实施的新兴技术领域的量子计算，光子学，自旋电子学和谷电子学。
2021-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Resonant electron heating and molecular phonon cooling in single C$_{60}$ junctions
我们研究加热和散热的一个单一的\c 60分子在扫描隧道显微镜（STM）的结通过测量所需的电子电流热分解的富勒烯笼。分解功率随电子能量变化，反映了分子共振结构。当STM针尖接触富勒烯时，分子可以承受更大的电流。传输模拟解释了这些影响的分子加热，由于共振电子-声子耦合和分子冷却的振动衰减到接触形成后的尖端。
2008-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Competing scanning tunneling microscope tip-interlayer interactions for twisted multilayer graphene on the a-plane SiC surface
首次获得了在n+6 H-SiC a面非极性表面上生长的单层和扭曲多层外延石墨烯态的扫描隧道显微镜（STM）图像。通过将来自双层石墨烯的棒和球模型的莫尔图案与实验获得的图像进行比较，确定扭曲的石墨烯在顶部两层之间具有5.4°的旋转角。此外，实验莫尔图案显示动态行为，连续洗牌之间的两个稳定的表面安排一个键长分开。莫尔条纹的位移超过1 nm，便于STM观察。这种动态行为的解释归因于STM针尖和石墨烯样品之间的静电相互作用。
2015-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vibration of the Dimer on Ge(001) Surface Excited Coherently by STM Current
从理论上研究了STM电流相干激发Ge（001）表面高振动数二聚体的振动。二聚体振动的相干激发速率由电子系统项和电子-振动耦合项组成的哈密顿量得到。在STM实验中报告的局部结构的转换示出由STM电流相干激发的二聚体振动驱动。通过$π^*$带的准一维特征，半定量地再现了STM样品偏置电压，在该偏置电压以上，可以观察到p（2 $\times$ 2）结构的转变。我们表明，激发速率的长期不衰减的距离从STM尖端的一维带。实验观察到的随偏压符号变化的相变区形状的对比性差异，可以用Ge（001）表面$π^*$带的准一维特征和$π$带的二维特征的差异来解释。
2004-05-24 cond-mat.mtrl-sci
STM induced hydrogen desorption via a hole resonance
我们报道了负样品偏压下STM诱导的H从Si（100）-H（2 $\times1$）中的脱附。脱附速率与电流呈幂律关系，在-7 V时脱附速率最大。脱附是由于隧穿空穴与Si-H 5 $σ$空穴共振的非弹性散射引起的H振动加热所致。采用一种新的非弹性散射计算方法，分析了探针与样品之间的电场对脱附速率的影响。我们表明，在-7 V的最大解吸速率是由于在场发射制度的发病时的非弹性散射电子的最大分数。
1998-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Role of tip size, orientation, and structural relaxations in first-principles studies of magnetic exchange force microscopy and spin-polarized scanning tunneling microscopy
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了磁交换力显微镜（MExFM）和自旋极化扫描隧道显微镜（SP-STM）实验中磁性针尖与磁性样品之间的交换作用.作为一个模型针尖样品系统，我们选择Fe针尖和一个单层Fe在W（001），它表现出棋盘式的反铁磁结构，并已在先前的研究与SP-STM和MExFM。我们计算的交换力和能量作为一个功能的尖端样品的距离使用不同的尖端模型，从单个Fe原子到Fe金字塔组成的14个原子。我们发现，由一个单一的Fe原子建模的尖端导致定性不同的尖端样品的相互作用比使用由几个原子组成的集群。增加簇大小改变计算的力，定量地增强可检测的交换力。旋转的尖端相对于表面单元电池只有一个小的影响上的尖端样品力。有趣的是，在最近的和次最近的层从顶点原子的尖端原子上的交换力是不可忽略的，并且可以相反的顶点原子上的小尖端。此外，顶点原子不仅与下面的表面原子相互作用，而且与表面中的最近邻原子相互作用。我们发现针尖和样品的结构弛豫，由于它们的相互作用敏感地依赖于两个系统的磁性对齐。因此，显著的交换力的开始向更大的尖端-样品分离转移，这有利于它们在MExFM中的测量。在小的针尖-样品间距下，针尖顶端和表面原子的结构弛豫可以增强或降低SP-STM测量的磁衬度
2008-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Atomic resolution imaging at 2.5 GHz using near-field microwave microscopy
原子分辨率成像演示使用混合扫描隧道/近场微波显微镜（微波STM）。显微镜的微波通道对应于同轴微波谐振器的谐振频率和品质因数，该谐振器内置于STM扫描头中并耦合到探针尖端。我们发现，当针尖样品的距离是在隧道制度，我们获得原子分辨率的图像使用微波STM的微波通道。我们将微波通道中的原子对比度归因于通过尖端-样品隧道结的GHz频率电流。给出了HOPG和Au（111）表面的图象。
2010-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bond-resolved STM with density-based methods
Grenoble INP–Phelma（格勒诺布尔国立理工学院-物理电子学高等学院）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；University of Cologne（科隆大学）
提出一种结合全密度模型与Chen导数近似的BRSTM图像模拟方法，准确重现了PTCDA/Ag(111)等系统的实验特征，并揭示了基底效应对分子轨道和探针弛豫的影响。
2026-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
The Tip-Induced Twisted Bilayer Graphene Superlattice on HOPG: Capillary Attraction Effect
我们利用扫描隧道显微镜（STM）的针尖，通过人为增加针尖与样品在潮湿环境中的相互作用，在高取向热解石墨（HOPG）表面上操纵单个弱结合的纳米片。用这种方法可以将石墨片沿台阶方向撕开，折叠到HOPG表面上，从而得到六方对称的加芬超晶格。详细讨论了针尖与样品表面的相互作用，包括范德华力、静电力和由于针尖与样品之间形成高度弯曲的流体弯月面而产生的拉普拉斯压力引起的毛细吸引力，以了解针尖诱导石墨超晶格的形成机理。特别是在湿度条件下，毛细力是控制石墨表面层的关键。该方法为制备可控超晶格和石墨烯纳米带提供了一条简单可行的途径，同时也补充和发现了利用针尖在HOPG表面生成石墨烯超晶格的理论。
2014-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Dimensionality effects in the LDOS of ferromagnetic hosts probed via STM: spin-polarized quantum beats and spin filtering
我们从理论上研究了局域态密度（LDOS）探测STM针尖的铁磁金属托管一个单一的吸附原子和一个亚表面杂质。我们通过两个杂质的安德森哈密顿系统建模。通过使用相关的格林函数的运动方程，我们推导出两种主机类型的LDOS的解析表达式：一个表面和量子线。LDOS揭示了Friedel样振荡和Fano干涉作为STM针尖位置的函数。这些振荡强烈依赖于主机尺寸。有趣的是，我们发现，自旋相关的费米波数的主机引起自旋极化量子拍在LDOS。虽然金属表面的LDOS显示出阻尼拍频模式，但它在量子线中表现出相反的行为。由于这种阻尼的缺乏，该线作为具有高效率的空间分辨自旋过滤器操作。
2013-01-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-polarized scanning tunneling microscopy characteristics of skyrmionic spin structures exhibiting various topologies
拓扑磁性物体的正确识别是实验中的一个重要问题。利用自旋极化扫描隧道显微镜（SP-STM）计算方法，研究了（Pt $_{1-x}$ Ir $_{x}$）Fe/Pd（111）双金属磁性薄膜中具有不同拓扑电荷（$Q=-3,-2,-1,0,+1,+2$）的亚稳Skyrmionic自旋结构.我们发现，一个平面外磁化尖端已经导致在不同的skyrmionic结构对应于它们的对称性在区别SP-STM对比。我们的工作还建立了一个了解的平面内SP-STM对比度和skyrmionic拓扑结构之间的关系，通过调查的平面内的角度之间的变化的自旋沿周边的结构，其特征在于局部涡度或线密度的缠绕数。对于自旋结构表现出一个统一的符号的局部涡度在整个skyrmionic区域，我们证明，（i）$|Q|$可以确定从一个单一的SP-STM图像所采取的任何面内磁化尖端，和（ii）面内尖端磁化旋转提供的符号$Q$独立的有效自旋极化在隧道结中的符号。我们还讨论了局部涡度改变符号的情况。最后，通过增加铱含量的PtIr覆盖层，我们发现一个出现次级外环面内SP-STM的对比度，这是有吸引力的skyrmions或antiskyrmions的指示。
2017-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital dependent electron tunneling within the atom superposition approach: Theory and application to W(110)
我们介绍了一个轨道相关的电子隧穿模型，并实现它内的原子叠加方法模拟扫描隧道显微镜（STM）和光谱（STS）。应用我们的方法，我们分析了在W（110）表面上的恒定电流STM图像的收敛性和轨道对隧道电流的贡献。根据先前的研究[Heinze等人，Phys.Rev.B58，16432（1998）]，我们发现原子对比度反转取决于偏置电压。此外，我们分析了这种效果取决于使用不同的尖端模型的尖端样品的距离，并发现两个定性不同的行为的基础上的尖端轨道组成。作为一种解释，我们强调的作用，真正的空间形状的轨道参与隧道。用该模型计算的STM图像与Tersoff-Hamann和Barnesi的结果吻合得很好。我们的模型的计算效率是显着的表面和尖端布里渊区的k点采样不影响计算时间，在对比的Barnesian方法。
2012-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Autonomous convergence of STM control parameters using Bayesian Optimization
针对STM成像条件依赖繁琐手动调参的问题，提出基于贝叶斯优化的机器学习框架，自动调节电流设定点与针尖偏压并实现控制参数自主收敛。
2023-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.data-an
New fabrication technique for highly sensitive qPlus sensor with well-defined spring constant
介绍了一种用于原子力显微镜（AFM）的高灵敏度qPlus传感器的制作新技术。聚焦离子束用于切割，然后焊接到裸石英音叉上的尖锐的微尖从电化学蚀刻钨丝。所得到的qPlus传感器表现出高谐振频率和品质因数，允许增加力梯度灵敏度。它的弹性常数可以被精确地确定，这允许精确的定量AFM测量。该传感器被证明是非常稳定的，可以进行通常的UHV尖端清洗，包括电子束和场蒸发，以及在原位STM尖端处理。初步结果与STM和AFM原子分辨率成像在硅$Si(111)-7\times 7$表面的$4.5\,K$。
2015-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detection of the spin character of Fe(001) surface states by scanning tunneling microscopy: A theoretical proposal
我们考虑了Fe（001）表面的磁性结构，并从理论上研究了自旋极化针尖扫描隧道光谱（SP-STM）。我们发现，少数自旋表面态诱导的隧道微分电导，这在很大程度上取决于在SP-STM针尖相对于在Fe（001）表面的易磁化轴的磁化方向的强烈的偏压依赖性。我们建议利用这种效应来确定Fe（001）表面态的自旋特征。这种技术也可以应用于其他磁性表面的表面状态进行观察。
2008-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electroisomerization blinking of an azobenzene derivative molecule
该研究利用 STM 针尖偏压在低温超高真空下实现偶氮苯衍生物顺反异构的可逆双稳态开关，并解释图像中的亚秒级闪烁现象。
2025-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generative Image Restoration and Super-Resolution using Physics-Informed Synthetic Data for Scanning Tunneling Microscopy
London Centre for Nanotechnology, University College London, London, United Kingdom（伦敦纳米技术中心，伦敦大学学院，英国）；Department of Electronic and Electrical Engineering, University College London, London, United Kingdom（电子与电气工程系，伦敦大学学院，英国）；University of Trieste, Trieste, Italy（特里斯特大学，意大利）
扫描隧道显微镜（STM）使原子分辨率成像和原子操纵，但其效用往往是有限的针尖退化和缓慢的串行数据采集。制造增加了另一层复杂性，因为尖端经常受到大电压的影响，这可能会改变其顶点的形状，需要对其进行调节。在这里，我们提出了一种机器学习（ML）的图像修复和超分辨率，以减轻这两个挑战的方法。使用仅36个Si（001）：H的原始实验图像的数据集，我们证明了物理信息的合成数据生成管道可用于训练几个最先进的流动匹配和扩散模型。使用CLIP最大平均离散度（CMMD）评分和结构相似性等指标进行的定量评估表明，我们的模型能够有效地恢复图像，并通过从稀疏采样数据中准确重建图像，将图像采集时间缩短2 - 4倍。我们的框架有可能显着增加STM实验的吞吐量，提供了一条路线，以减少尖端调节程序的频率，并提高帧速率在现有的高速STM系统。
2025-10-29 cond-mat.mtrl-sci cs.CV
Scanning Tunneling Microscopy currents on locally disordered graphene
我们研究的局域态密度和周围的替代杂质，并使用这些结果来计算电流与偏压特性曲线的扫描隧道显微镜（STM）的实验在石墨烯表面上完成。这使我们能够检测石墨烯上取代杂质的存在。空缺的情况也进行了分析。我们发现，STM特征曲线的形状和幅度取决于尖端的位置和缺陷的性质，杂质和碳原子之间的结合强度起着重要的作用。尖端的最后一个原子的性质也对特性曲线的形状有影响。
2009-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A novel Microwave Frequency Scanning Capacitance Microscope
本文报道了一种微波频率下的扫描电容显微镜技术。近场扫描微波显微镜探针在扫描隧道显微镜（STM）反馈的帮助下保持在样品上方约1nm的恒定高度。微波通过同轴谐振器入射到样品上，该同轴谐振器在一端终止于尖锐的尖端（相同的尖端用于传导STM），并且在另一端电容耦合到反馈电路和微波源。反馈电路保持源锁定在谐振器的谐振频率上，并输出由于样品的性质变化而引起的频移和品质因数变化。由于电容变化的空间分辨率为$\leq $ 2.5 nm。显微镜是宽带的，实验从7 GHz到11 GHz进行。我们开发了一个定量的传输线模型，将尖端与样品的相互作用视为样品中电容和有效薄层电阻的串联组合。
2002-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
High-resolution tunneling spin transport characteristics of topologically distinct magnetic skyrmionic textures from theoretical calculations
在自旋极化扫描隧道显微镜（SP-STM）的框架下，采用3D-WKB标量电荷和矢量自旋输运理论，研究了拓扑结构不同的实空间磁性Skyrmionic织构的高分辨率隧穿电子自旋输运性质（纵向自旋流（LSC）和自旋转移矩（STT）图）.在我们的理论研究中，我们考虑了（Pt $_{0.95}$ Ir $_{0.05}$）/Fe/Pd（111）双磁性薄膜中具有不同拓扑电荷（$Q=-3,-2,-1,0,1,2$）的亚稳Skyrmionic自旋结构.使用面外磁化SP-STM尖端，发现作用于磁纹理自旋的LSC矢量和所有STT矢量分量的映射表现出与skyrmionic对象相同的拓扑结构。相比之下，平面内磁化尖端通常不会导致自旋输运矢量图，其在拓扑上等同于底层自旋结构，除了在样品和尖端的自旋极化之间的特定关系处作用于skyrmionic纹理的自旋的LSC矢量。自旋输运矢量的大小表现出密切的关系，无论skyrmionic拓扑结构的电荷电流SP-STM图像。此外，我们发现，STT的效率（扭矩/电流比）作用于自旋的skyrmions可以达到大的值高达$\sim$ 25 meV/ $μ$ A（$\sim$ 0.97 $h/e$）以上的边缘的磁性物体，但它显着变化之间的大和小的值取决于SP-STM尖端以上的拓扑自旋纹理的横向位置。一个简单的表达式的STT效率的介绍，以解释其变化。我们计算的自旋输运矢量可用于研究自…
2020-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
One-step Fabrication of Sharp Platinum/Iridium Tips via Amplitude-Modulated Alternating-Current Electropolishing
提出一种调幅交流电抛光一步法，在特定频率与CaCl₂/H₂O/丙酮溶液中制备曲率半径小于100 nm、无污染的Pt/Ir针尖，并验证其适用于粗糙表面及液体中原子分辨率STM/AFM成像。
2025-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
