Application of Scanning Mid-IR-Laser Microscopy for Characterization of Semiconductor Materials for Photovoltaics
扫描中红外激光显微镜以前被证明是表征不同半导体晶体的有效工具。目前该技术已成功地应用于CZ Si $_x$ Ge $_{1-x}$ --一种很有前途的光致发光材料--和太阳能电池用多晶硅的研究。
2013-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Scanning tunneling microscopy and kinetic Monte Carlo investigation of Cesium superlattices on Ag(111)
用低温扫描隧道显微镜对铯在Ag（111）表面的吸附结构进行了表征。在低覆盖率下，个别Cs原子的原子分辨率偶尔会在梯田上的六边形有序吸附物膜的区域中受到抑制。靠近台阶边缘的Cs原子沿台阶边缘方向呈现为细长的突起。在较高的覆盖率，原子分辨六方晶格的Cs超结构观察。动力学蒙特卡罗模拟模型观察到的吸附质结构的定性水平。
2008-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Touching is believing: interrogating organometal halide perovskite solar cells at the nanoscale via scanning probe microscopy
基于CH3NH3PbI3和相关材料的卤化物钙钛矿太阳能电池已成为下一代光伏技术中最令人兴奋的发展，但涉及光载流子，离子缺陷，自发极化以及与众多晶粒，晶界和界面相互作用的分子振动和旋转的微观现象仍然没有得到充分的理解。事实上，仍然需要一种有效的方法来询问卤化物钙钛矿太阳能电池的局部光伏特性，一方面可以直接追溯到它们的微结构，另一方面与它们的器件性能相关。从这个角度来看，我们建议，扫描探针显微镜技术有很大的潜力，实现这样的承诺在纳米尺度，并强调一些最近的进展和挑战，沿着这条线的调查对本地探测的光电流，功函数，离子活动，极化开关，和化学降解。我们还强调了多模态成像、术中扫描、大数据分析和多学科合作的重要性，以便进一步研究充分理解这些复杂系统。
2017-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of Scanning Near-Field Optical Microscopy Spectra of 1D Plasmonic Graphene Junctions
我们提出了数值模拟的散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）的一维等离子体石墨烯结。模拟的s-SNOM谱进行了全面的分析，为三种类型的结。我们发现条件时，从S-SNOM测量的等离子体反射系数的传统解释不适用。我们的研究结果适用于其他导电的二维材料，并提供了一个全面的了解s-SNOM技术探测局部输运性质的二维材料。
2021-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Multiband Microscopy: A Universal Paradigm for Quantitative Nanoscale Metrology
University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）；University of Tennessee（田纳西大学）；University of Cologne（科隆大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
动态多波段显微镜通过多频激发与连续频率扫描，实现自主、高精度的纳米尺度计量，适用于铁电纳米纤维的3D极化映射。
2026-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Multichannel scanning probe microscopy and spectroscopy of graphene moire structures
金属上的石墨烯莫尔结构，因为它们表现出长（莫尔）和短（原子）尺度有序结构，是扫描探针方法应用的理想系统。在这里，我们提出了复杂的研究石墨烯/Ir（111）系统的三维扫描隧道和原子力显微镜/光谱以及开尔文探针力显微镜。所有结果清楚地表明，莫尔条纹和原子尺度对比度的变化作为偏置电压以及扫描探针和样品之间的距离的函数，允许在金属上的石墨烯层的成像中区分地形和电子贡献。所提出的结果是伴随着国家的最先进的密度泛函理论计算证明理论和实验数据之间的良好协议。
2013-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Insights into radiation damage from atomic resolution scanning transmission electron microscopy imaging of mono-layer CuPcCl$_{16}$ films on graphene
迄今为止，单层有机晶体的原子分辨图像只能用扫描探针方法获得。一方面，它们通常在大块材料的表面上制备，这是无法通过（扫描）透射电子显微镜获得的。另一方面，单层有机晶体的临界电子剂量的数量级低于散装晶体，使（扫描）透射电子显微镜表征非常具有挑战性。在这项工作中，我们提出了一个原子分辨的研究单层CuPcCl \textsubscript{16}晶体下的电子束的动力学，以及通过低剂量电子显微镜获得的未损坏的分子的图像。结果显示了这种材料的2D层中的动力学和辐射损伤机制，补充了早期研究中对大块晶体的发现。此外，能够对未受损的分子晶体进行成像，可以表征由2D材料和有机分子组成的新复合材料。
2018-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Near-Field Scanning Microwave Microscopy: Measuring Local Microwave Properties and Electric Field Distributions
我们描述了近场微波显微镜的微波器件的长度尺度远小于用于成像的波长。我们的显微镜可以在两种可能的配置中操作，允许对材料特性或局部电场进行定量研究。
1998-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale mapping of the full strain tensor, rotation and composition in partially relaxed In$_x$Ga$_{1-x}$N layers by scanning X-ray diffraction microscopy
应变和成分在半导体物理学中起着基础性的作用，因为它们是调整材料的电子和光学性质的手段，从而开发新器件。如今，以非破坏性的方式测量外延系统中的应变仍然是一个挑战，这在经常受到强烈应力的应变工程器件中变得特别重要。在这项工作中，我们展示了一个微观映射的应变和晶格取向的全张量通过扫描X射线衍射显微镜。我们开发了一种形式主义，以提取所有组件的应变和取向从一组扫描衍射测量和应用该技术的图案化的在$_x$镓$_{1-x}$ N双层研究应变弛豫和铟掺入现象。由于不同的铟含量和线程位错的贡献进行了分离和分析。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Scanning Tunneling Microscopy Study of Square Manganese Tetramers on Mn3N2 (001)
利用分子束外延和扫描隧道显微镜研究了反铁磁Mn_3N_2（001）在MgO（001）衬底上的生长。这些图像显示了平滑的梯田和原子台阶。在一些梯田上，可以看到一个独特的和新的重建，解决作为正方形锰四聚体在c（4x 2）结构安排。四聚体重构的两个结构域彼此旋转90 $^\circ$。提出了一个模型，这个正方形Mn四聚体重建，其中的Mn原子的四聚体层属于Mn层在表面的MnN-MnN-Mn堆叠序列。
2005-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Nanothermal Characterization of Amorphous and Crystalline Phases in Chalcogenide Thin Films with Scanning Thermal Microscopy
硫系相变材料（PCM）中非晶相和晶相的热性能对非易失性随机存取存储器的器件性能起着关键作用。利用扫描热显微镜（SThM）研究了激光脉冲GeTe和Ge2Sb2Te5薄膜中非晶相和晶相的纳米形貌。通过执行SThM测量和应用定量物理模型的两个膜厚度，PCM和SThM探针之间的PCM热导率和热边界电导独立估计为每个化学计量的非晶相和结晶相。
2014-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Forescattered electron imaging of nanoparticles in a scanning electron microscopy
在这项研究中，我们已经使用了一个Zr-Nb合金含有定义明确的纳米析出物作为模型材料，在其中研究成像对比度反转（原子序数或衍射对比度）观察到的forescattered电子成像系统，ARGUSTM，在扫描电子显微镜（SEM）成像时，薄箔的传输几何形状。这项研究是基于蒙特卡罗模拟和分析的显微照片实验获得不同的成像条件下。基于这些结果，提出了提高原子序数或衍射对比度的成像条件。从ARGUSTM扫描电镜成像系统获得的数据也进行了比较，从标准的透射电子显微镜和扫描透射电子显微镜成像相同的材料的结果。这些结果证明了ARGUSTM系统研究纳米尺度材料微观结构的能力。
2019-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Simultaneously imaging of dielectric properties and topography in a PbTiO_3 crystal by near-field scanning microwave microscopy
我们使用近场扫描微波显微镜同时成像的介电常数，损耗角正切，和形貌的PbTiO_3晶体。利用这种方法，我们研究了周期畴几何结构中的局部介电常数和损耗角正切对测量的谐振频率和品质因数的影响。我们还进行了理论计算，结果与实验数据吻合得很好，揭示了介电常数的各向异性本质。
2000-02-17 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on scanning tunneling microscopy images of hydrogen-terminated Si(110) surfaces
利用第一性原理计算研究了氢封端Si（110）表面的扫描隧道显微镜图像。结果表明，计算得到的满态像和局域态密度与最近的实验结果是一致的，空态像与满态像有明显的不同.为了阐明这种差异的起源，我们详细研究了影响图像的局域态密度，发现表面硅原子的成键和反键态在很大程度上影响了填充态和空态图像之间的差异。
2005-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Magnon diffuse scattering in scanning transmission electron microscopy
我们提出了一个理论和模拟的热漫散射由于激发的磁振子在扫描透射电子显微镜。计算表明，磁振子可以呈现原子的对比度时，检测到的电子能量损失谱使用原子大小的电子束。结果表明，体心立方铁在300 K时的磁振子漫散射强度比原子振动引起的热漫散射强度弱4个数量级。在声子和磁振子分散不重叠的能量范围内，单色扫描透射电子显微镜配备直接电子探测器的光谱预计将解决磁振子光谱签名。
2021-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Low-dimensional NbO structures on the Nb(110) surface: scanning tunneling microscopy, electron spectroscopy and diffraction
用X射线光电子能谱学、X射线衍射（XPS，XPD）和扫描隧道显微镜（STM）研究了Nb（110）表面的NbOx结构。结果表明，铌原子有序形成一个二维超结构与铌原子链之间的间距相等。Nb3d-和O1s-能级的化学位移表明，氧化物层对应于一氧化铌NbO和大部分的化学吸附态的氧是本地化的表面上。提出了NbO在Nb（110）表面上的准有序结构模型。
2008-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Band Structure Mapping of Nanotube Transistors by Scanning Photocurrent Microscopy
报道了碳纳米管场效应晶体管（CNFET）在不同输运状态下的空间分辨光电流测量结果。它表明，在不同的偏置条件下测量的光电流提供访问的电子能带结构的纳米管通道的轮廓。将器件转换为n型或p型状态的曲线进行比较，清楚地证明了环境中化学掺杂的影响。此外，我们表明，扫描光电流显微镜构成了一个有效的和简便的技术，定量测定在这样的设备中的肖特基势垒高度。
2007-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Impact of elasticity on the piezoresponse of adjacent ferroelectric domains investigated by scanning force microscopy
由于弹性，晶体的机械变形发生在与其厚度相当的长度尺度上。这通过向多畴铁电晶体施加均匀电场来例示：当一个畴扩展时，相邻的畴收缩，导致在畴边界处的箝位。因此，使用大面积顶部电极的厚晶体中的微米级域图案的压电机械驱动的表面微扰被大幅抑制，几乎无法通过压电响应力显微镜访问。
2007-10-23 cond-mat.mtrl-sci
How to reveal metastable skyrmionic spin structures by spin-polarized scanning tunneling microscopy
我们预测的亚稳态skyrmionic自旋结构的发生，如反skyrmions和高阶skyrmions在超薄过渡金属薄膜的表面使用蒙特卡罗模拟的基础上参数化的自旋哈密顿量从密度泛函理论计算。我们表明，这样的自旋结构将出现在自旋极化扫描隧道显微镜（SP-STM）图像具有类似的对比度。skyrmions和antiskyrmions显示一个圆形的平面外磁化提示和两个叶片的蝴蝶对比度平面内提示。通过旋转尖端磁化方向可以实现明确的区分，而不需要磁化的所有分量的信息。
2016-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Metal-Silicene Interaction Studied by Scanning Tunneling Microscopy
用分子束外延方法在3x 3硅烯和R3 xR 3硅烯薄膜上沉积了Ag原子。利用扫描隧道显微镜和拉曼光谱，我们发现Ag原子与3x 3硅烯和R3 xR 3硅烯薄膜没有形成化学键，这是由于硅烯表面的化学惰性。在3 × 3硅烯薄膜上，Ag原子主要形成稳定的平顶Ag岛。相比之下，银原子形成纳米团簇并在硅烯膜上滑动，表明更惰性的性质。拉曼光谱表明，在R3 xR 3中存在比R7 xR 7/3x 3硅烯更多的sp2杂化
2015-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Imaging the interface of epitaxial graphene with silicon carbide via scanning tunneling microscopy
已经提出在SiC上外延生长的石墨烯作为用于碳基电子器件的材料。了解石墨烯和SiC衬底之间的界面对于未来的应用非常重要。我们报告的能力，使用扫描隧道显微镜成像单层石墨烯下的界面结构。这种成像是可能的，因为石墨烯在费米能以上或以下1eV的能量下看起来是透明的。我们基于密度泛函理论的计算分析显示了这种透明度是如何从SiC衬底上石墨烯层的电子结构中产生的。
2007-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Complementary two dimensional carrier profiles of 4H-SiC MOSFETs by Scanning Spreading Resistance Microscopy and Scanning Capacitance Microscopy
本文利用扫描扩散电阻显微镜和扫描电容显微镜，以约5纳米的高分辨率对4H-SiC功率MOSFET的元胞进行二维载流子分布成像，并可视化载流子浓度波动。
2024-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fast determination of thickness through scanning moiré fringe in scanning transmission electron microscopy
样品厚度是透射电子显微镜（TEM）成像中的一个重要参数，用于解释图像对比度和理解性能与微观结构之间的关系。在这项研究中，我们介绍了一种基于扫描莫尔条纹（SMF）的扫描透射电子显微镜（STEM）模式下确定厚度的方法。使用聚焦系列SMF成像可以在中等放大率下原位确定样品厚度，在很大程度上避免了光束损伤和污染。该方法为TEM成像中厚度的确定提供了一种快速方便的方法，特别适用于金属有机框架等束敏感材料。
2021-11-12 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Scanning Thermo-ionic Microscopy: Probing Nanoscale Electrochemistry via Thermal Stress-induced Oscillation
电化学材料发展面临的一个普遍挑战是我们缺乏对10-100 nm范围内局部长度尺度的物理和化学过程的理解，而获得这种理解需要新一代成像技术。在这篇文章中，我们介绍了扫描热离子显微镜（STIM）探测局部电化学在纳米尺度上，用于成像的Vegard应变通过热应力激发。由于离子振荡是由应力而不是电压驱动的，因此响应对机电、静电和电容效应不敏感，并且它们不受全局电流扰动的影响，从而使操作中测试成为可能。
2017-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploring leakage in dielectric films via automated experiment in scanning probe microscopy
利用扫描探针显微镜（SPM）的自动化实验研究了电介质薄膜中的电子传导路径。在这里，我们使用大视场扫描来识别局部导电点的位置，并开发SPM工作流程，以更高的空间分辨率探测它们的动态行为，作为时间，电压和扫描过程的函数，以自动化的方式。使用这种方法，我们观察的可变行为的导电点在20 nm厚的铁电Hf0.54Zr0.48O2膜，导电点消失，并在连续扫描过程中重新出现。在扫描过程中还会出现新的导电点。自动化的工作流程是通用的，可以集成到广泛的显微镜技术，包括SPM，电子显微镜，光学显微镜和化学成像。
2021-11-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tip-gating Effect in Scanning Impedance Microscopy of Nanoelectronic Devices
用扫描门显微镜和扫描阻抗显微镜（SIM）研究了半导体单壁碳纳米管中的电子输运。根据探头电位，SIM可以在侵入性和非侵入性模式下进行。高分辨率成像的缺陷时，探针作为一个本地门，同时作为一个静电探针的本地电位。一类弱缺陷变得可观察，即使它们位于强缺陷附近。讨论了针尖选通扫描阻抗显微镜的成像机理。
2002-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scanning tunneling microscopy and spectroscopy of nanoscale twisted bilayer graphene
纳米级扭曲双层石墨烯（TBG）是非常不稳定的，并且会以低得多的能量将其结构转变为Bernal（或AB堆叠）双层。因此，纳米TBG的缺乏使其电学性质至今无法在实验中得到验证。在这项工作中，一个特殊的限制TBG中获得的两个连续的错位石墨烯片的重叠区域。TBG的受限区域的宽度从约22 nm逐渐变化到0 nm。利用扫描隧道显微镜，我们仔细研究了纳米TBG的结构和电子性质。我们的结果表明，纳米级TBG的平移对称性破缺对低能电子性质（包括扭转诱导的范霍夫奇异性（VHS）和局域态密度的空间调制）产生了强烈的影响。然而，当TBG的宽度减小到只有一个莫尔斑时，VHS能量以上的电子性质几乎不受量子限制的影响。
2017-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scanning capacitance microscopy using a relaxation oscillator
我们已经进行了扫描电容显微镜使用弛豫振荡器。精确校准表明灵敏度为0.05 pF。金属结构的表面形貌，如机加工槽和硬币，可以很容易地获得在恒定高度（非接触）或攻丝（接触）模式。空间分辨率已达到亚50 $μ$ m。
2014-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Deciphering the Nanoscale Frictional Properties of Two-Dimensional SnSe and SnSe$_2$ with Lateral Force Microscopy
本研究利用横向力显微镜探究二维SnSe与SnSe$_2$的纳米摩擦特性，发现二者润滑性能优于同厚度石墨烯，SnSe$_2$摩擦最低可达石墨烯的三分之一，该差异经DFT计算证实源于材料本征特性。
2024-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale magnetization and current imaging using scanning-probe magneto-thermal microscopy
磁显微镜结合了纳米级的空间分辨率与皮秒级的时间分辨率，独特的时空磁现象，是相关的未来高速，高密度磁存储和逻辑技术的直接观察。结合这些指标的磁显微镜仅限于设施级仪器。为了解决这一差距，在实验室可访问的时空成像，我们开发了一个时间分辨近场磁显微镜的基础上磁热相互作用。我们展示了磁化和电流密度成像模式，每个空间分辨率远远超过光学衍射极限。此外，我们研究了我们的信号的近场和时间分辨特性，发现我们的仪器具有100 nm尺度的空间分辨率和低于100 ps的时间分辨率。我们的研究结果表明，一个访问和相对低成本的方法，以纳米级时空磁显微镜在桌面的形式，以帮助科学和技术的动态磁器件与复杂的自旋纹理。
2021-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Localized reversible nanoscale phase separation in Pr_0.63Ca_0.37MnO_3 single crystal using a scanning tunneling microscope tip
本文报道了用扫描隧道显微镜针尖对Pr_（0.63）Ca_（0.37）MnO_3单晶进行电流注入，使其电荷有序绝缘（COI）态局部区域失稳的现象。这导致受控的相分离和形成的局部金属纳米岛的COI矩阵已被检测到的本地隧道电导映射。即使在将注入电流减小到较低值之后，由此产生的金属区域仍然存在。通过注入大小相似但极性相反的电流，可以恢复原始的电导状态。因此，我们实现了可逆的纳米级相分离，从而产生了可能性，以“写，读，擦除”的绝缘矩阵中的纳米尺寸的导电区域具有高的空间分辨率。
2007-09-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Characterization of nanoscale mechanical heterogeneity in a metallic glass by dynamic force microscopy
我们报道了用动态原子力显微镜表征的金属玻璃的纳米尺度力学不均匀性。表观能量耗散的变化约为12%，源于局部粘弹性的非均匀分布，其特征在于。非均质粘弹性的相关长度被测得为~2.5{ \pm }0.3 nm，这与塑性流动的剪切转变区的尺寸是一致的。该研究首次对金属玻璃中纳米尺度的力学不均匀性进行了实验观察，并可能填补原子模型与金属玻璃宏观性质之间的空白。
2011-02-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Single-Spin Microscope with Sub-Nanoscale Resolution Based on Optically Detected Magnetic Resonance
我们总结了我们的新的扫描磁三维成像系统。该扫描系统使用光学检测的磁共振在一个单一的氮空位中心的钻石。理论分析和首次实验验证表明，该方法在室温下具有单自旋灵敏度和亚纳米级的空间分辨率。
2009-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scanning probe microscopy imaging of metallic nanocontacts
我们显示了扫描探针显微镜测量控制电迁移周期之间的金属纳米接触。用于减薄工艺的纳米线通过阴影蒸发来制造。使用扫描力显微镜获得的最高分辨率约为3 nm。在前几个电迁移循环期间，形成纳米接触的整体狭缝结构。狭缝首先沿着晶界通过，然后在稍后的阶段在消耗晶粒的过程中垂直地分裂晶粒。我们发现，首先整个导线被加热，然后在变薄过程中，随着狭缝的形成，电流流过几个较小的触点，这需要较少的功率。
2011-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Laser Scanning Microscopy of HTS Films and Devices
介绍了激光扫描显微镜（LSM）作为一种空间分辨的高温材料和器件测试方法的性能。作者所获得的早期结果进行了简要回顾。最后介绍了LSM的一些新的应用，包括高温超导体射频模式响应的成像，高温超导体单晶超导特性的探测，双光束激光扫描显微镜的研制等。LSM成像证实了高温超导材料电阻率的相滑移线机制的存在。
2005-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Nanoscale Structure and Energy Dissipation Behaviour of Tungsten Disulphide and Gold Nanoparticles and Nanoclusters Investigated by Advanced Microscopy Techniques
在这项研究中，纳米二硫化钨（WS 2）和纳米金（Au）的纳米颗粒的纳米结构和相关的能量耗散行为进行了研究，通过先进的扫描探针和电子显微镜技术。采用范德华粘附转移沉积机理在硅衬底上沉积了WS 2纳米颗粒。在硅衬底上制备了三种尺寸的金纳米粒子模板：紧密堆积（4- 6 nm）、分散良好（120- 150 nm）和团簇（120-150 nm）。利用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对WS 2和Au纳米粒子和纳米微粒的微观结构、形貌、形貌和相变进行了表征。SEM和TEM观察表明，WS 2纳米颗粒为原子取向的层状-六方结构或无机石墨状结构。在轻敲模式AFM成像中，重复扫描WS 2纳米颗粒导致纳米层的层间运动。结果表明，Au纳米粒子的聚集导致了更大的相移和更高的能量耗散，而紧密堆积的Au纳米粒子导致了最低的相移和能量耗散。利用SXM软件分析了纳米材料的微观结构、形貌、形貌和相位移。纳米尺度的研究表明，相移和能量耗散受样品的几何和机械梯度的影响。
2013-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantitative Measurements of Nanoscale Permittivity and Conductivity Using Tuning-fork-based Microwave Impedance Microscopy
我们报告了使用基于音叉（TF）的微波阻抗显微镜（MIM）对纳米级介电常数和电导率的定量测量。该系统工作在驱动调幅模式下，保证了对粗糙表面样品良好的反馈稳定性。在一系列体波导上解调的MIM信号与有限元分析的模拟结果吻合得很好。使用TF-MIM，我们已经可视化的背栅$MoS_2$场效应晶体管的纳米电导的演变，结果与输运数据是一致的。我们的工作表明，介观电学性质的定量分析可以实现近场微波成像与小距离调制。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Fast Image Simulation Algorithm for Scanning Transmission Electron Microscopy
使用现有的模拟算法，以原子分辨率对具有现实尺寸的样品进行扫描透射电子显微镜的图像模拟可能需要非常大的计算时间。我们提出了一种新的算法命名为PRISM，结合了两个最常用的算法，布洛赫波和多切片方法的功能。PRISM使用傅立叶插值因子$f$，其对于原子分辨率模拟具有典型值4-20。我们表明，在许多情况下，PRISM可以提供一个加速，规模与$f^4$相比，多切片模拟，精度损失可以忽略不计。我们通过对无定形碳基底上的结晶纳米颗粒进行大规模扫描透射电子显微镜图像模拟来证明这种方法的有用性。
2017-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Nanoscale Non-Destructive Ferroelectric Characterization with Non-Contact Heterodyne Electrostrain Force Microscopy
从真实空间中观察纳米尺度的铁电现象对于揭示铁电物理具有重要意义。在过去的几十年里，纳米铁电体的表征主要依靠压电响应力显微镜（PFM），然而PFM的基本局限性使得纳米铁电体的研究遇到了重大的瓶颈。本文首先介绍了一种高分辨率的非接触式铁电测量技术--非接触式外差电应变力显微镜（NC-HEsFM）。它已被明确证明，NC-HEsFM可以操作多个本征模式，以执行理想的高分辨率铁电畴映射，标准的铁电磁滞回线测量和可控的域操作。采用石英音叉（QTF）传感器和外差探测技术，NC-HEsFM在实现真正的非接触、无损铁电表征方面表现出前所未有的能力，且静电力效应可以忽略不计。据信，NC-HEsFM可以广泛地用于各种铁电或压电研究，提供显著改善的表征性能。同时，基于QTF的力检测使得NC-HEsFM高度兼容高真空和低温环境，为实现超高空间分辨率以研究最本质的铁电现象提供了理想的条件。
2021-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Time-resolved x-ray microscopy for materials science
本综述介绍了作为材料研究纳米尺度成像工具的时间分辨X射线显微术的发展背景、大装置升级带来的技术突破与科研机遇，以及其在凝聚态物理与材料科学领域的最新进展和展望。
2018-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploring Nanoscale Ferroelectricity in Doped Hafnium Oxide by Interferometric Piezoresponse Force Microscopy
基于氧化铪（HfO 2）的铁电体由于其与传统硅CMOS技术的兼容性、高可切换极化、良好的耐久性和厚度可扩展性而为存储器和逻辑器件提供了显著的前景。这些因素导致在过去几年中对这类材料的研究急剧上升。与此同时，只有少数报告的直接传感纳米铁电性能存在，许多问题仍然存在关于这些材料中的铁电性的出现。虽然压电响应力显微镜（PFM）非常适合探测纳米尺度上的压电和铁电性，但众所周知，它会受到人为因素的影响，使结果的定量解释复杂化，甚至可能导致非铁电材料中的铁电性。在本文中，我们探讨了使用一种改进的PFM方法的基础上干涉位移传感（IDS）的裸硅掺杂HfO 2纳米铁电性研究的可能性。我们的研究结果表明，在本地的各种HfO 2微晶的残余状态与报告值的压电耦合在0.6-1.5 pm/V的范围内的一个明显的差异。此外，我们报告不寻常的铁电极化开关，包括可能的贡献，从电致伸缩和Vegard效应，这可能表明氧空位或界面效应的影响出现的纳米级铁电性HfO 2。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nanoscale Thermotropic Phase Transitions Enhance Photothermal Microscopy Signals
光热外差成像技术使得能够研究各种环境中的单个弱吸收纳米物体。它利用环境折射率的光致变化。利用发生在热致液晶相变周围的折射率的戏剧性变化，我们证明了40倍的信噪比增强的金纳米粒子在4-氰基-4 '-戊基联苯（5 CB）液晶中成像超过那些在水环境中。我们研究了光热信号作为探测激光偏振，加热功率和样品温度的函数量化的最佳增强。这项研究建立了光热显微镜作为一种有价值的技术，诱导和/或检测局部相变在纳米尺度。
2012-09-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nanoscale Electric Phenomena at Oxide Surfaces and Interfaces by Scanning Probe Microscopy
扫描探针显微镜用于研究和量化两类氧化物系统中的纳米级电学现象，即电活性晶界处的输运和铁电材料的表面行为。结合传统SPM的空间分辨率和常规电学测量的精度，发展了扫描阻抗显微镜（SEM）来研究界面的电容和局部C-V特性。SPM的SrTiO 3晶界结合变温阻抗谱和I-V测量允许找到和理论上证明电场抑制钛酸锶中的电活性界面附近的介电常数的影响。类似的方法被用来研究铁电性能和交流和直流输运行为在一些多晶氧化物。第二部分研究了局域电荷密度对铁电表面化学和物理性质的影响。用变温SPM法测定了吸附的动力学和热力学参数。压电响应力显微镜用于铁电表面上的畴图案的工程。铁电表面的局域光化学活性是一种新的制备金属纳米结构的工具。
2002-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Application of scanning mid-IR-laser microscopy for characterization of semiconductor materials for photovoltaics
扫描中红外激光显微镜以前被证明是表征不同半导体晶体的有效工具。现在，该技术已成功地应用于研究CZ SixGe 1-x --一种有前途的光致发光材料--和太阳能电池用多晶硅。此外，这种技术被证明是适当的成像抛光引起的缺陷，以及这样的巨大的缺陷，如“针孔”。此外，以前无法解释的“异常”（立方功率）的依赖性的信号的扫描中红外激光显微镜在光束诱导的光散射模式上获得的机械抛光样品的光激发功率现在已被归因于过剩的载流子散射带电的线性缺陷，可能位错线。本文的结论是，扫描中红外激光显微镜可作为现代光化学材料缺陷研究的一种非常有效的工具。
2010-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Proximity Scanning Transmission Electron Microscopy/Spectroscopy
在这里，提出了一种新的显微镜方法，使用能量低于20 eV的电子束成像和表征非常薄的样品，如少层材料，有机分子和纳米或亚纳米分辨率的纳米结构。显微镜技术通过邻近（或近场）效应实现高分辨率，如扫描隧道显微镜（STM），同时它还允许检测透射电子用于成像和光谱学，如扫描透射电子显微镜（STEM）。这种近距离透射电子显微镜（PSTEM）不需要任何透镜来聚焦电子束。它还允许详细表征低能电子与材料的相互作用。PSTEM可以以非常类似于扫描隧道显微镜的方式操作，其提供样品表面的几何和电子结构的高分辨率成像。此外，它允许基于检测到的透射电子信号对样品的内部结构进行成像和表征。PSTEM包括一系列光谱学，解决材料中低能电子的传输和散射问题。因此，可以从测量中提取丰富的信息。PSTEM为研究薄材料提供了一种全新而强大的方法。这种方法有可能揭示新的薄材料分析方法和新的物理现象。
2016-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
The Potential of Ti$_3$C$_2$T$_X$ Nano-sheets (MXenes) for Nanoscale Solid Lubrication Revealed by Friction Force Microscopy
Ti $_3$ C $_2$ T $_X$纳米片（MXene）是一类新兴的二维材料，具有在从纳米到宏观的长度尺度上用于能量存储、催化和摩擦电应用的突出潜力。尽管对这类新材料的兴趣迅速增加，但它们的纳米级摩擦特性，特别是它们在纳米级上的固体润滑潜力，尚未得到详细研究。在这个简短的通信中，我们提出了第一个结果MXene的纳米级摩擦特性，在一个孤立的Ti $_3$ C $_2$ T $_x$纳米片上通过摩擦力显微镜沉积在二氧化硅衬底上获得的摩擦地图的形式。我们的实验表明，少层Ti $_3$ C $_2$ T $_x$纳米片确实在纳米级上充当固体润滑剂，减少二氧化硅基底上的摩擦，尽管不如少层石墨烯有效。本文报道的结果为进一步研究Ti $_3$ C $_2$ T $_X$（MXene）纳米片实现的纳米级固体润滑铺平了道路。
2020-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Topographic and electronic contrast of the graphene moiré on Ir(111) probed by scanning tunneling microscopy and non-contact atomic force microscopy
由于石墨烯和下面的金属表面之间的晶格失配，在过渡金属表面上生长的外延石墨烯通常表现出莫尔图案。我们使用扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）实验来探测Ir（111）表面上石墨烯莫尔条纹的电子和形貌对比度。虽然STM形貌的影响，接近费米能量和本地隧道势垒高度的状态的局部密度，AFM是能够产生的“真正的”表面形貌，一旦从尖端和衬底之间的范德华力（VDW）相互作用所产生的背景力被考虑在内。我们观察到35 $\pm$ 10 μ m的莫尔条纹，其中石墨烯-Ir（111）距离在石墨烯蜂窝位于下面的铱原子顶部的区域中最小，而在fcc或hcp三重中空位点上较大。
2011-01-17 cond-mat.mes-hall 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
Mapping Intrinsic Electromechanical Responses at the Nanoscale via Sequential Excitation Scanning Probe Microscopy Empowered by Deep Data
不断增长的硬件能力和计算能力已经使得在纳米级常规上获取和分析大科学数据，尽管所获取的大部分数据通常被证明是冗余的，嘈杂的，和/或与感兴趣的问题无关，并且从纯数据分析中得出清晰的机械见解仍然是不平凡的。在这项工作中，我们使用扫描探针显微镜（SPM）作为一个例子来展示深度数据方法，从数据挖掘，相关性分析和无监督分类等蛮力分析过渡到建立在合理的物理理解基础上的知情和/或有针对性的因果数据分析。提出了这种深度数据分析的三个关键要素。首先采用顺序激发扫描探针显微镜（SE-SPM）技术来获得高质量，高效和物理相关的数据，这可以很容易地实现任何标准的原子力显微镜（AFM）。然后使用简谐振荡器（SHO）模型进行蛮力物理分析，使我们能够获得感兴趣的内在机电耦合。最后，主成分分析（PCA）进行，这不仅加快了四个数量级的分析，但也允许一个清晰的物理解释，其模式结合SHO分析。一个粗糙的压电材料已经使用这种策略进行了探索，使我们能够映射其内在的机电性能在纳米级与高保真度，传统的方法失败。SE结合深度数据方法可以很容易地适用于其他SPM技术，以探测纳米级的各种功能现象。
2018-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
3D nanostructuring of La0.7Sr0.3MnO3 thin film surfaces by scanning tunnelling microscopy
利用扫描隧道显微镜对La0.7Sr0.3MnO3薄膜进行了纳米尺度的三维表面修饰。据证明，有明确定义的偏置电压和扫描速度的组合，允许受控的表面结构。可以获得尺寸低至1.5 nm的横向结构。此外，可以以半个单位晶胞的精度可再现地控制蚀刻深度，使得能够设计3D表面结构和通过蚀刻控制La0.7Sr0.3MnO3的表面终止。
2010-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
PICTS: A Novel Deep Reinforcement Learning Approach for Dynamic P-I Control in Scanning Probe Microscopy
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Institute of Materials Research and Engineering, Agencies of Science, Technology and Research (A*STAR)（新加坡科技研究局材料研究与工程研究所）；NUS Research Institute (NUSRI)（新加坡国立大学研究院）
针对扫描探针显微镜的动态P-I控制问题，提出新型并行集成控制与训练系统PICTS，通过深度强化学习实现控制策略的实时动态调整，为该技术的控制优化提供新方法。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.app-ph
Characterization of nanometer-sized, mechanically exfoliated graphene on the H-passivated Si(100) surface using scanning tunnelling microscopy
我们已经开发了一种通过将石墨机械剥离到Si（100）-2x1：H表面上来沉积具有2-10 nm的最小横向尺寸的石墨烯单层和双层的方法。纳米尺寸单层石墨烯的室温、超高真空（UHV）隧道光谱测量揭示了尺寸相关的能隙范围为0.1-1 eV。此外，石墨烯层的数量可以直接从扫描隧道显微镜（STM）的形貌轮廓确定。这一原子学研究为探索纳米石墨烯的电子结构提供了实验基础，有助于石墨烯基纳米电子学的发展。
2007-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Elucidating the photoresponse of ultrathin MoS2 field-effect transistors by scanning photocurrent microscopy
利用扫描光电流显微镜研究了少层二硫化钼场效应晶体管的本征光响应机理。我们将局部增强的光电流归因于MoS 2/Au界面处的光激发载流子的能带弯曲辅助分离。几层二硫化钼晶体管的波长依赖性光电流定性地遵循二硫化钼的光吸收光谱，提供带间光激发的直接证据。在不同的外部电场和载流子浓度的时间和光谱分辨光电流测量建立漂移扩散电流占主导地位的偏置下的设备中的光电电流。
2013-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The study of intrinsic defect state of FeSe with scanning tunneling microscopy
我们应用高分辨扫描隧道显微镜研究了体材料FeSe的本征缺陷态。利用扫描隧道谱分析了薄膜中的四种本征缺陷：I型哑铃缺陷、II型哑铃缺陷、顶层Se空位缺陷和内层Se位缺陷。从特征的抑郁症和增强的状态密度测量在一个大的能量范围内，I型哑铃和II型哑铃被确定为Fe空位和Se $_\mathrm{Fe}$缺陷，分别。通过光谱分析确定了顶层Se空位和可能的内层Se位空位。缺陷的测定进行了比较，并在很大程度上证实了在环形暗场扫描透射电子显微镜测量的剥离FeSe。在我们的实验中，缺陷态的详细映射为将来与复杂的理论计算进行比较奠定了基础。
2019-08-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
