Tip and Surface Determination from Experiments and Simulations of Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy
我们提出了一个非常有效和准确的方法来模拟扫描隧道显微镜图像和光谱的第一性原理密度泛函计算。尖端和样品的波函数在同一基础上分别计算，并使用真空格林函数传播远离表面。这允许在卷积方面表达的巴氏矩阵元素，并在一个单一的计算中获得在所有尖端位置和偏置电压的隧穿电流。该方法的效率打开了大门，实时确定尖端和表面的组成和结构，通过比较实验模拟图像的各种预先计算的提示。与Si（111）-（7 x7）表面的实验形貌和光谱的比较显示出与Si比与W尖端更好的一致性，这意味着金属尖端由硅终止。
2004-11-10 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
Electron microscopy of the strain on the Si(111)$7\times7$ surface induced by the STM tip
在超高真空电子显微镜中，用反射电子显微镜（REM）和扫描隧道显微镜（STM）同时观察了Si（111）7 × 7表面。从扫描电镜的扫描图像中检测出STM针尖与硅表面的距离，得到了针尖的真实图像和镜像图像。我们通过压电驱动使尖端接近表面或从表面缩回，以观察在Si（111）7 x7表面上引起的应变作为尖端-表面距离的函数。这项研究是在尖端和衬底之间有和没有偏置电压的情况下进行的。当样品偏压为1.0 V时，当隧穿电流为0.8 nA时，针尖距离样品表面约1.6 nm，样品表面未产生10^{-4}量级的应变。当偏压在-0.3 -+0.5V范围内降低时，表面在100 nm的Si表面积上被压缩。没有偏置电压，拉伸和压缩应变被检测到的尖端-表面的距离从吸引到排斥的相互作用制度的变化。应变场扩展到50 - 140 nm，在针尖-基底距离为0.45 nm时，力变为中性。
2001-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the inhomogeneous field at the tip on quantitative piezoresponse force microscopy
压电响应力显微镜（PFM）的铁电畴成像依赖于逆压电效应：施加到样品上的电压导致机械变形。在PFM的情况下，一个电极由尖端实现，因此在样品内部产生强烈不均匀的电场分布，其在尖端的顶点正下方达到高达$10^8 $ V/m的值。虽然经常假设，这种高电场不会导致样品的压电变形的增强。相反，与仅取决于电压的理论预期值相比，材料的内部夹持减少了观察到的变形，因此与精确的场分布无关。
2006-07-12 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Quantitative piezoelectric force microscopy: Influence of tip shape, size, and contact geometry on the nanoscale resolution of an antiparallel ferroelectric domain wall
利用压电力显微镜（PFM）对铌酸锂中的反平行铁电畴壁结构进行了定量测量。对49个半径为10 ~ 300 nm的探针进行了PFM测量。跨畴壁的实验压电系数的大小和变化匹配的配置文件从一个全面的分析理论，以及三维有限元方法模拟计算。实验和理论的轮廓宽度之间的定量协议，只有当一个有限的磁盘类型的尖端半径，这是在真正的接触与样品表面被认为是一致的，这是与扫描电子显微镜图像的实际提示后成像。压电系数的大小被证明是独立的尖端半径，和PFM的轮廓宽度是线性成比例的尖端半径。最后，我们展示了一种方法来提取任何本征材料加宽的铁电壁宽。观察到20- 200 nm的令人惊讶的宽壁宽度。
2008-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Resolution Function Theory in Piezoresponse Force Microscopy: Domain Wall Profile, Spatial Resolution, and Tip Calibration
压电响应力显微镜（PFM）已成为铁电材料成像，畴工程和开关光谱的主要工具。PFM数据的定量解释，包括测量的固有宽度的域壁，几何参数的域下面的尖端在局部磁滞回线测量，以及解释的切换和强制偏置的材料特性和切换机制，需要可靠的知识静电场结构的尖端。使用线性成像理论，我们开发了一种理论方法来解释这些测量和确定的尖端参数的校准标准。推导了PFM的分辨率和目标传递函数，确定了材料参数对分辨率的影响。封闭形式的解决方案畴壁轮廓在垂直和横向PFM和信号从圆柱形域在横向各向同性压电点电荷和球平面几何形状的尖端。
2006-08-12 cond-mat.mtrl-sci
CdSe-single-nanoparticle based active tips for near-field optical microscopy
我们提出了一种方法来实现有源光学尖用于近场光学，可以在室温下工作。金属涂覆的光学尖端覆盖有薄的聚合物层，该聚合物层以低密度被CdSe纳米晶体或纳米棒染色。的发射率和发射光谱的活性尖端的时间分析表明，一个非常小的数量的颗粒-可能下降到只有一个-可以在尖端顶点活跃。这为使用单个无机纳米颗粒作为光源的近场光学开辟了道路。
2006-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Systematic electrochemical etching of various metal tips for tunneling spectroscopy and scanning probe microscopy
硬点接触光谱和扫描探针显微镜/光谱是研究具有强扩展性的材料的强大技术。为了支持这些研究，需要具有各种物理和化学性质的尖端。为了保证实验结果的可重复性，应规范针尖的制作，建立一个可控的、方便的系统。在这里，提出了一个系统的方法来制造各种提示，涉及电化学蚀刻反应。反应参数分为四类：溶液、电源、浸没深度和中断。设计并搭建了一套刻蚀系统，实现了对这些参数的精确控制。利用该系统，对铜、银、金、铂/铱合金、钨、铅、铌、铁、镍、钴和坡莫合金的蚀刻参数进行了探索和标准化。在这些技巧中，银和铌的新配方被探索和标准化。进行光学显微镜和扫描电子显微镜以表征锋利的针。相关的点接触实验进行了蚀刻银尖，以确认制造的提示的适用性。
2021-01-18 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
Apertureless Near-Field Second Harmonic Microscopy with Bare Tapered Optical Fiber Tips
提出了一种利用飞秒激光脉冲照射锥形光纤尖端实现二次谐波成像的近场光学技术。在光纤尖端处的电场的增强导致来自尖端附近的样品区域的增强的二次谐波产生（SHG）。该SH发射由相同的锥形光纤收集。本文研究了Pb（Zr_xTi_1-x）O_3铁电薄膜和金属-铁电模型器件的二次谐波空间分布。已经实现了80 nm量级的空间分辨率。这是首次在SH显微测量中超过衍射极限。在铁电薄膜的单个晶粒和/或畴中观察到电场诱导的二次谐波变化。
1999-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Tip artifact in atomic force microscopy observations of InAs quantum dots grown in Stranski-Krastanow mode
对原子力显微镜（AFM）观察InAs岛时的针尖伪影进行了定量评价。这些岛是在分子束外延的Stranski-Krastanow模式中生长的。岛的宽度和高度，使用透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜测定。使用不包括天然氧化物的TEM测定的平均$[\bar{1}10]$面内宽度和高度分别为22和7 nm;使用包括氧化物的AFM测定的平均面内宽度和高度分别为35和8 nm。宽度差异是由于氧化物和头端伪影造成的。从TEM观察推断出包括氧化物的尺寸为27 nm的宽度和6 nm的高度，并对氧化物的厚度进行了校正。使用AFM测定的宽度与使用包括氧化物的TEM测定的宽度之间的8 nm的残余差异归因于尖端伪影。这些结果使我们能够从AFM图像中确定岛屿的实际大小。
2007-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Scanning tunneling microscopy using CO-terminated probes with tilted and straight geometries
结合扫描隧道显微镜与模拟，研究了CO功能化针尖倾角对吸附在Cu(111)上的Cu原子和CO分子形貌的影响，揭示了隧道电流的针尖轨道组成及p轨道的作用。
2024-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Etching of Cr tips for scanning tunneling microscopy of cleavable oxides
我们报告了一个详细的三步路线图的自旋极化扫描隧道显微镜的散装铬提示的制造和表征。我们的策略独特地避免了清洁表面或薄膜的超高真空制备需求。首先，我们证明了$ex$ - $situ$电化学蚀刻参数对Cr尖端顶点几何形状的作用，使用超过70个蚀刻尖端的扫描电子显微镜照片。第二，我们描述了层状反铁磁体La $_{1.4}$ Sr $_{1.6}$ Mn $_2$ O $_7$的$in$ - $situ$解理表面的适用性，以评估Cr尖端的自旋特性，代替在先前的研究中使用的UHV制备的测试样品。第三，我们概述了一个统计算法，可以有效地描绘紧密间隔或不规则的解理台阶边缘，以最大限度地提高台阶高度和自旋极化测量的准确性。
2017-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Observation of localized ferromagnetic resonance in a continuous ferromagnetic film via magnetic resonance force microscopy
我们提出了磁共振力显微镜（MRFM）测量的铁磁共振（FMR）在50 nm厚的坡莫合金膜，相对于外部磁场的方向倾斜。在小的探针-样品距离的MRFM频谱分解成多个模式，我们确定为本地的MRFM尖端的磁场限制的铁磁共振。微磁模拟支持这种模式的识别，并显示它们是稳定的偶极尖端场的区域中，有一个组件反平行于所施加的字段。
2009-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The Interaction of an 180 degree Ferroelectric Domain Wall with a Biased Scanning Probe Microscopy Tip: Effective Wall Geometry and Thermodynamics in Ginzburg-Landau-Devonshire Theory
用连续的Landau-Ginzburg-Devonshire理论分析了铁电180 °畴壁与偏置扫描探针显微镜针尖强不均匀电场的相互作用。最初平坦的畴壁边界的平衡形状弯曲，吸引或排斥从探针顶点，这取决于所施加的偏压的符号和值。对于较大的端壁间距，探针诱导畴形核是可能的。利用直接变分法推导了偏振分布的近似解析表达式。该表达式提供了洞察如何平衡极化分布取决于壁有限宽度，相关和去极化效应，静电电位分布的探针和铁电材料参数。
2008-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Highly reproducible low temperature scanning tunnelling microscopy and spectroscopy with in situ prepared tips
提出了一种与超低温、高磁场扫描隧道显微镜兼容的针尖原位制备方法。该过程不需要额外的制备技术，例如热退火或离子研磨。它依赖于局部电场诱导的材料从尖端沉积到所研究的表面上。随后，在溅射的簇上进行重复的压痕，以机械退火尖端顶点，从而确保尖端的稳定性。通过比较在Ru（0001）上生长的外延石墨烯上用未制备的或原位制备的尖端获得的形貌和光谱数据来证实该方法的效率。我们证明，使用原位制备的提示增加了扫描隧道图像的稳定性和光谱测量的再现性。
2012-09-04 cond-mat.mes-hall 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
Impact of Electrostatic Forces in Contact Mode Scanning Force Microscopy
在这$\ll$的贡献，我们解决的问题，在何种程度上表面电荷影响接触模式扫描力显微镜测量。因此，我们设计的样品中，我们可以产生局部的电场分布附近的表面时，需要的。我们进行了一系列实验，其中我们改变了尖端的负载、悬臂的刚度和样品表面的硬度。%结果表明，只有对于软的悬臂梁，才能检测到尖端和表面电荷之间的静电相互作用，而不管表面性质如何，即，e.基本上不管它的硬度。%我们解释了这些结果通过一个模型的基础上改变的尖端样品电位之间的额外的电场带电尖端和表面电荷。
2010-09-09 cond-mat.mtrl-sci
A method for measuring the contact area in instrumented indentation testing by tip scanning probe microscopy imaging
接触面积的确定是通过仪器化压痕测试获得诸如硬度或弹性模量等机械性能的关键步骤。有两类程序专门用于提取该区域：一方面，需要残留印迹成像的死后测量，另一方面，仅依赖于载荷与穿透深度曲线的直接方法。随着原子力显微镜和压痕尖端扫描探针显微镜等内置扫描探针显微镜成像能力的发展，上一代压痕设备使系统的残留压痕成像更快、更可靠。本文介绍了一种新的事后分析方法，并通过覆盖大范围材料的数值和实验基准，与现有的三种经典直接方法进行了进一步比较。结果表明，新方法系统地导致较低的误差水平，无论材料的类型。还讨论了新方法与直接方法的优点和缺点，证明了其在轻松提取机械性能方面的效率，并具有更高的置信度。
2014-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Chemical and Crystallographic Characterization of the Tip Apex in Scanning Probe Microscopy
W扫描探针尖端的顶点原子揭示了非球形电荷分布，正如键合到Cu（111）表面的CO分子所探测的那样[Welker等人，Science，336，444（2012）]。观察到三个高对称性的图像和相关的三个低指数的晶体学方向的W bcc晶体。然而，仍然存在一些悬而未决的问题，包括尖端确实是W-终止的验证，以及这种方法是否可以很容易地应用于区分其他原子种类。在这项工作中，我们调查散装铜和铁尖。在这两种情况下，我们可以将我们的数据与fcc（Cu）和bcc（Fe）晶体结构联系起来。提出了一种模型，部分填充的d轨道的基础上，与AFM图像的尖端结构的角取向。
2014-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electromechanical Detection in Scanning Probe Microscopy: Tip Models and Materials Contrast
在过去的二十年里，纳米科学和纳米技术的快速发展受到了扫描探针显微镜（SPM）技术的出现的刺激，该技术能够访问局部材料特性，包括纳米尺度上的传输，机械和机电行为。在这里，我们分析了压电响应力显微镜（PFM），适用于广泛的压电和铁电材料的扫描探针技术的机电探测的一般原则。在PFM中的图像形成的物理学相比，扫描隧道显微镜和原子力显微镜的张量性质的激发和检测信号和信号依赖于尖端表面接触面积。结果表明，它的不敏感接触面积，矢量检测能力，和强大的取向依赖性，使这种技术的SPM的一个独特的类。垂直和横向PFM信号和材料性能之间的关系，推导出解析两种情况下：横向各向同性压电材料的极限的弱弹性各向异性，和各向异性压电材料的极限的弱弹性和介电各向异性。得到了完全各向异性材料PFM响应的积分表达式。用于常规（例如，球和锥）和多极尖端对应出现屏蔽和带状线型探头进行了分析。在PFM和可能的应用取向成像的纳米级和分子分辨率成像的分辨率限制进行了讨论。
2006-07-21 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
Discrimination and analysis of interactions in non-contact Scanning Force Microscopy
提出了一种分离和定量表征非接触式扫描力显微镜针尖-样品相互作用中静电和范德华作用的方法。它是基于同时测量悬臂梁偏转，振荡幅度和频移作为尖端样品电压和尖端样品距离的函数，以及先进的数据处理。以偏置电压为快扫描，针尖-样品距离为慢扫描，在固定的横向位置采集数据作为相互作用图像。由于静电相互作用与针尖-样品电压的二次依赖性，范德华力可以从静电力中分离出来。使用适当的数据处理范德华相互作用，电容以及接触电位可以确定为从力以及从频移数据的尖端-样品距离的函数。共振频率偏移的测量产生非常高的信噪比和测量量的绝对校准，而悬臂梁偏转的采集允许确定尖端-样品距离。分离和定量分析的范德华力和静电相互作用，在目前的工作中提出的结果在精确和可重复的测量尖端样品相互作用，将显着提高解释的SFM数据，并将大大有助于表征纳米级性能的SFM。
2006-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Nanoelectromechanics of Polarization Switching in Piezoresponse Force Microscopy
压电力显微镜（PFM）在弱和强压痕极限下的铁电材料中的纳米尺度极化切换分析使用尖端下方的静电场和耦合电弹性场的精确解。提出了以磁畴尺寸为序参量的相变朗道理论对针尖诱导的磁畴翻转的映射。对于与铁电表面相互作用的点电荷，取决于电荷表面分离，第一和第二阶开关都是可能的。对于一个现实的尖端形状，域成核过程是一阶的电荷量和极化切换只发生在临界尖端偏置。在纯铁电或铁弹开关，开关过程的后期阶段可以使用点电荷/力模型和任意大的域可以创建描述，但是，描述的早期阶段的成核过程时，域的大小是可比的尖端曲率半径曲率半径需要考虑到精确的场结构。
2004-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Scanning Gate Microscopy on Graphene: Charge Inhomogeneity and Extrinsic Doping
我们已经进行了扫描栅显微镜（SGM）的石墨烯场效应晶体管（GFET），使用偏置的金属纳米线涂有介电层作为接触模式的尖端和局部顶栅。在各种背栅电压下通过石墨烯的电传输被监测为尖端电压和尖端位置的函数。在狄拉克点附近，石墨烯电阻对尖端电压的依赖性显示出随尖端位置的显著变化。SGM成像揭示了电子掺杂和空穴掺杂区域的介观域。我们的测量表明，由于非本征局部掺杂，石墨烯中的载流子密度存在显著的空间波动（约为10^12/cm ^2）。在我们的样品中发现的这种掺杂的重要来源包括金属接触，石墨烯的边缘，结构缺陷和抗蚀剂残留物。
2010-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stress-enhanced ion diffusion at the vicinity of a crack tip as evidenced by atomic force microscopy in silicate glasses
利用原子力显微镜（AFM）在可控气氛下对钠硅酸盐玻璃中裂纹的缓慢扩展过程进行了纳米尺度的原位和实时研究。通过几种效应揭示了在裂纹尖端的亚微米附近的应力梯度场中钠离子的增强扩散：AFM高度图像中的结节的生长，AFM尖端/样品能量耗散的变化。结节模式显示了去湿现象证明了“呼吸图”。进行了补充化学微量分析。这些实验结果通过两步过程来解释：i）钠离子朝向断裂表面的快速迁移（典型时间：几毫秒），如Langford等人[J. Mat. Res. 6（1991）1358]，ii）阳离子的缓慢向后扩散，如在这些AFM实验中所证明的（典型时间：几分钟）。在室温下测量该弛豫过程的扩散系数。我们的研究结果加强了近表面的结构松弛由于在裂纹尖端附近的应力梯度的理论概念。钠离子的不均匀迁移可能是硅酸盐结构中存在富钠通道的直接实验证据[A. Meyer等人，物理修订版93（2004）027801]。
2006-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Influence of tip materials on the friction force microscopy of epitaxial graphene on SiC(0001): comparison of diamond and silicon tips in experiments and atomistic simulations
本研究结合FFM实验与原子模拟，比较金刚石和硅针尖作用于SiC(0001)外延石墨烯的摩擦转变，揭示针尖材料、压力、温度和速度对界面成键及剪切应力的影响。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Searching atomic spin contrast on nickel oxide (001) by force microscopy
利用调频原子力显微镜（FM-AFM）在超高真空条件下研究了室温反铁磁体NiO的（001）表面。离子间的反铁磁耦合导致（001）面上的自旋超结构。力显微镜的探针和NiO（001）表面之间的交换相互作用应该允许在真实空间中成像自旋超结构。表面成像与三个不同的探测提示：C30 W提示，铁磁Co提示和反铁磁NiO提示-和原子分辨率实现与他们所有三个在不同的距离制度，并在几个通道。在利用NiO尖端和振荡振幅的实验中获得了自旋对比的证据，其中期望最佳的信噪比。自旋对比度比预期的弱，并且仅在傅立叶空间图像中可见。
2006-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin Resolution and Evidence for Superexchange on NiO(001) observed by Force Microscopy
的氧化镍（001）表面的自旋顺序解决，采用非接触式原子力显微镜在4.4 K下使用散装铁和SmCo-尖端安装在qPlus传感器，振荡在分50 pm的振幅。自旋相关的信号是很难检测与铁尖。相比之下，SmCo尖端产生的高度对比度为1.35微米的镍离子与相反的自旋。SmCo尖端甚至在2x 1自旋晶胞内的0.5 μ m的O原子上显示出小的高度对比，指向观察到的超交换。我们将此归因于SmCo的磁晶各向异性能的增加，其稳定了顶点处的磁矩。在Ni上、Ni下和O晶格位置上的原子力光谱揭示了在最近可达距离处的交换能仅为1 meV的量级，指数衰减长度为λ exc = 18 pm。
2013-06-27 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
The instrument response function in air-based scanning tunneling microscopy
在透射电子显微镜（TEM）中，点和线分辨率之间的区别是因为成像亚0.2 nm条纹的能力是成像单个原子的必要条件，但不是充分条件。在扫描针尖显微镜，在TEM，仪器响应的经验数据应先于断言点分辨率。在"慢扫描极限“中，时域噪声和几何效应解耦，并且尖端形状可以起到2维脉冲响应函数的作用。我们在这里表明，核轨道坑可以用来定量测量尖端几何形状与纳米级的分辨率在三维空间，固定的尖端图像提供了一个强大的测量时域不稳定性，当这些数据之前和之后采取的成像未知，图像与仪器响应定量约束实验是可能的。试样引起的尖端效应也成为可测量的原位。
1997-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Effects of Tip-Nanotube Interactions on Atomic Force Microscopy Imaging of Carbon Nanotubes
我们研究原子力显微镜（AFM）的提示和单个碳纳米管（CNT）支持SiO2之间的范德华（VDW）相互作用的效果。分子动力学（MD）模拟揭示了如何碳纳米管变形在AFM测量过程中，不考虑AFM针尖材料。单（双）壁CNT的表观高度可用于估计其直径高达~2 nm（~3 nm），但对于更大的直径，CNT横截面不再是圆形的。我们的模拟进行了比较，从AFM测量和共振拉曼光谱获得的CNT尺寸，具有良好的协议较小的CNT直径。在一般情况下，大直径碳纳米管的AFM测量必须小心解释，但该方法的可靠性得到改善，如果知识的数量的碳纳米管壁是available-able，或者如果额外的验证（例如，通过光学技术）可以获得。
2012-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic Force Microscopy Simulations for CO-functionalized tips with Deep Learning
原子力显微镜（AFM）在频率调制模式下工作，金属针尖用CO分子功能化，以前所未有的分辨率成像分子的内部结构。这些图像的解释往往是困难的，使得理论模拟的支持非常重要。目前的模拟方法，特别是最准确的方法，需要专业知识和资源来执行必要的输入（即分子的电荷密度和静电势）的从头计算。在这里，我们提出了一种有效而简单的替代方案来模拟这些基于条件生成对抗网络（CGAN）的AFM图像，该网络避免了所有的力计算，并将分子的2D球和棒描述用作唯一的输入。我们讨论了使用不同的训练子集优化模型时的性能。我们的CGAN准确地再现了在模拟图像中观察到的准平面分子的分子内对比度，但由于输入的严格二维字符，具有显着的内部扭转的分子具有显着的局限性。
2022-12-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Electron scattering in atomic force microscopy experiments
它已被证明，电子跃迁，如在扫描隧道显微镜（STM）中测量的，是有关的隧道势垒中的化学相互作用。在这里，我们表明，在Si（111）上的原子力显微镜（AFM）实验中的亚原子特征的形状和表观高度直接取决于硅表面和硅AFM针尖的可用电子状态。模拟和实验证实，力和电流显示出类似的亚原子变化的尖端样品的距离接近散装键合长度。
2005-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulations of Dynamic Force Microscopy: Applications to the Si(111)-7x7 Surface
采用分子动力学模拟方法研究了超高真空下动态力显微镜在Si（111）7 $\times$ 7表面上观察到的真实原子分辨率。稳定的原子尺度的对比度再现在模拟恒定的平均高度以上的临界尖端样品分离时，监测尖端和样品之间的相互作用力。在这种扫描中可以识别缺失或额外的吸附原子，尽管它们的分辨率不如天然吸附原子。共振频率偏移以及任意扫描，例如在恒定力下，可以从一系列力-距离特性计算。通过动态模拟，我们展示了如何通过与振荡尖端的相互作用引起的能量损失可以被监测，即使在非接触范围内，它们也会发生。
2000-03-01 cond-mat.mtrl-sci
A near real-time framework for extracting tip-sample forces in dynamic atomic force microscopy (dAFM)
原子力显微镜（AFM）是一种多功能、高分辨率的工具，用于在纳米尺度上表征各种样品的形貌和材料特性。微悬臂梁尖端与试样的相互作用导致悬臂梁偏转，该悬臂梁偏转由光学传感机构测量，随后用于构建样品形貌。近年来，人们越来越关注使用AFM来表征凝胶和活细胞等软样品。由于尖端-样品相互作用力的复杂性和竞争性，这仍然具有挑战性-需要大的尖端-样品相互作用力来实现良好的信噪比;然而，大的作用力往往会使软样品变形和破坏。在原位估计的局部针尖样品的相互作用力是必要的，以控制AFM悬臂梁运动，并防止破坏的软样品，同时保持良好的信噪比。这就需要能够快速估计操作期间悬臂偏转的尖端-样品力。本文提出了第一种方法的近实时框架的尖端样品力反演。我们提出的反问题提取针尖样品力作为一个无约束的优化问题。利用图形处理单元（GPU）开发了一种快速、并行的正演求解器。这个正向求解器显示了一个有效的30000倍的速度比可比的CPU实现，在毫秒的计算时间。该正向求解器与基于GPU的粒子群优化实现相结合。我们说明了三个类的尖样品相互作用反演的框架。这些反转中的每一个都是在亚秒的时间内进行的，显示出与在线AFM成像和材料表征相结合的潜力
2011-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Atomic-scale patterning of hydrogen terminated Ge(001) by scanning tunneling microscopy
在本文中，我们展示了原子级光刻的氢终止锗（001。光刻图案是通过在超高真空中使用扫描隧道显微镜针尖从吸附在干净的原子级平坦Ge（001）表面上的H抗蚀剂层选择性地解吸氢原子而获得的。研究了针尖-样品偏压对光刻工艺的影响。通过改变尖端到样本的偏差，可以实现特征尺寸从200纳米到1.8纳米的光刻图案。这些结果开辟了一个扫描探针光刻方法的可能性，以制造未来的原子级器件的锗。
2009-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analytical Approach to the Local Contact Potential Difference on (001) Ionic Surfaces: Implications for Kelvin Probe Force Microscopy
建立了非接触式原子力显微镜（nc-AFM）针尖与离子晶体（001）表面之间的静电力的解析模型。该模型是能够占的局部接触电势差（CPD），而纳米原子力显微镜的开尔文探针力显微镜（KPFM）实验观察到的原子对比度。为了证明这种短程静电力的存在，本文首先导出了离子晶体表面的马德隆势。推导出的力的表达式可以分为两个主要的贡献：第一个代表尖端顶点的微观结构和尖端，离子晶体和反电极之间形成的电容器之间的耦合;第二个术语描述了Madelung表面电位对尖端的介观部分的影响，独立于其微观结构。这些短程静电力在10微微牛顿的范围内。当明确考虑晶体极化，偏置电压施加在尖端上，以补偿局部CPD，即取消短程静电力的解析表达式，推导。补偿后的CPD具有Madelung表面势的横向周期性。然而，强烈依赖于尖端的几何形状，施加的调制电压以及尖端样品的距离，这甚至可能导致高估的真实表面电位，使得定量KPFM测量的本地CPD非常困难。
2008-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Thermodynamics of nanodomain formation and breakdown in Scanning Probe Microscopy: Landau-Ginzburg-Devonshire approach
采用Landau-Ginzburg-Devonshire唯象方法研究了铁电薄膜和晶体扫描探针显微镜中针尖诱导纳米畴形成的热力学。分析了偏置探针尖端引起的极化局部再分布，包括极化梯度、介电特性的场依赖性、本征畴壁宽度和膜厚度的影响。成核事件发生前畴亚临界核内的极化分布是非常平滑的，并且局限于探针下方，而静电场分布主要受探针尖端的影响。与此相反，极化分布内的稳定域是矩形状的，和相关的静电场清楚地说明了尖端诱导和去极化场分量的存在。对典型铁电材料，计算的畴形成的矫顽偏置与实验结果吻合得很好。在探针电场远小于本征矫顽场的区域中观察到的畴尖伸长的微观起源是移动的反畴壁前面的正去极化场。对于无限薄的畴壁，出现了穿过样品深度的局部畴击穿。这里得到的结果是互补的Landauer-Molotskii充满活力的方法。
2008-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Distance dependence of the phase signal in eddy current microscopy
使用磁性尖端的原子力显微镜是研究纳米尺度导电性的一种有前途的工具。通过振荡的磁性尖端，在样品的导电部分中感应出涡电流，其可以在悬臂的相位信号中检测到。然而，相位信号的起源仍然是有争议的，因为理论计算使用的一个appoximation采取的电磁力作用在尖端考虑产生的效果，这是太小了超过两个数量级。为了确定信号的来源，我们使用了特别制备的嵌入在非导电聚碳酸酯基质中的金纳米图案，并测量了相位信号的距离依赖性。我们的数据清楚地表明，相互作用力是长程的，因此，可能是由于磁性尖端和表面导电部分之间的电磁相互作用。由于相互作用的长程特性，可以在远离表面的地方检测到$Δσ=4,5\cdot10^{7} (Ω$ m $)^{-1}$的电导率变化，而不会受到形貌的任何干扰。
2008-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Fluorescent oxide nanoparticles adapted to active tips for near-field optics
我们提出了一种新的荧光氧化物纳米粒子的性能非常适合于基于有源尖端的近场光学。这些平均直径在5-10 nm范围内的颗粒通过低能团簇束沉积（LECBD）从YAG：Ce 3+靶产生。利用透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱学（XPS）、经典光致发光、阴极发光和近场扫描光学显微镜（NSOM）对它们进行了研究。观察到尺寸小至10 nm的极端光稳定性颗粒。这些发射器被验证为活性NSOM尖端的构建块，通过直接在LECBD反应器中用10 nm厚的YAG：Ce 3+颗粒层涂覆标准光学尖端，并随后对测试表面进行NSOM成像。
2008-10-08 cond-mat.mtrl-sci
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
Modeling the spatial resolution of magnetic solitons in Magnetic Force Microscopy and the effect on their sizes
本文通过最小化磁孤子磁能的理论方法，研究了MFM测量中针尖磁化方向对磁孤子空间分辨率和尺寸的影响，并结合畴壁宽度数据与skyrmion-针尖微磁学模拟验证了方法的有效性，为磁孤子读取器件设计提供指导。
2024-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical mapping of thin elastic films and living cells with spherical tip atomic force microscopy probes at large indentations
Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), The Barcelona Institute of Science and Technology（加泰罗尼亚生物工程学院（IBEC），巴塞罗那科学技术研究所）；Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica, Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学电子与生物医学工程系）；National Institute of Molecular Genetics (INGM)（分子遗传学国家研究所）；Department of Pharmaceutical Sciences, University of Milano（米兰大学药学系）
研究用球形尖端原子力显微镜探针在大压痕下对薄弹性膜和活细胞进行力学映射，提出考虑底部效应的分析模型，经实验验证，该模型能准确校正底部效应，为细胞提供准确杨氏模量值，与其他模型有显著差异，展现分析力曲线测量的潜力。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Diminish Electrostatic in Piezoresponse Force Microscopy through longer ultra-stiff tips
压电响应力显微镜是一种功能强大但精密的纳米级技术，可测量高度局部化电场的应用所产生的机械响应。虽然机械响应通常是由于压电性，但其他物理现象，特别是静电相互作用，也可能有助于信号读取。我们通过使用更长的超刚性探针来解决这个问题，提供最先进的灵敏度，具有最低的静电相互作用，并避免在高频状态下工作。为了找到这个解决方案，我们开发了一个理论描述，解决静电贡献的影响，在总悬臂梁振动和量化不同的设置。该理论随后在周期性极化铌酸锂（PPLN）晶体中进行了测试，该晶体是一种具有明确定义的0度和180度畴的样品，使用不同的商业可用导电尖端。我们采用的理论描述比较的静电贡献的影响到总的相位记录。通过实验数据，我们的描述证实了每一个测试的商用探头。我们建议，一个更大的探针长度可以是一个解决方案，以避免静电力，所以样品的静电相互作用被减少。对于硬氧化物样品，我们提出了一个超刚性悬臂，避免使用高频电压，但仍然减少静电力。我们提出的商用解决方案具有很大的影响，以避免文物，同时研究软生物样品，多铁性氧化物，和薄膜铁电材料，它打开了一个新的窗口到尖端工程。
2016-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Choice of tip, signal stability and practical aspects of Piezoresponse-Force-Microscopy
压电响应力显微镜（PFM）已成为研究微纳米铁电体的标准工具。然而，PFM信号的可靠性通常是有问题的，并且它们的量化是具有挑战性的，因此没有被广泛应用。在这里，我们提出了一个研究的可重复性的PFM信号和所谓的PFM背景信号已在文献中报道。我们发现，PFM信号一般是可重复的，在一定程度上。在低频范围（30 - 70 kHz）下进行的大量测量中，将极化锂酸盐（PPLN）上180 °畴之间的PFM信号差作为参考信号。我们表明，在铂涂层的提示相比，金刚石涂层的提示表现出改善的信号稳定性，较低的背景信号和较少的成像伪影与PFM，这是反映在测量的传播。这归因于导电层的改善的机械稳定性。对于金刚石涂层尖端，平均PFM信号的平均偏差为38.3%。尽管该偏差相对较高，但远好于文献中的值，文献中的值显示偏差约为10%。百分之七十三点一此外，我们发现，背景信号从0的平均偏差是11.6%的PPLN域对比度。因此，在量化PFM信号时需要考虑背景信号，并且应从PFM信号中减去背景信号。这些结果对于PFM信号的量化是重要的，因为当在PPLN上测量的PFM信号与其宏观d33系数相关时，PPLN可用于此目的。最后，样品抛光对PFM信号的重要影响，我们建议使用多步抛光路线，最后一步涉及200 nm大小的胶体二氧化硅颗粒。
2016-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Landau-Ginzburg-Devonshire theory for electromechanical hysteresis loop formation in piezoresponse force microscopy of thin films
研究了压电响应力显微术中铁电薄膜电滞回线的形成，着重研究了针尖尺寸和薄膜厚度对电滞回线的影响，以及针尖电压频率对电滞回线的影响。在这里，我们使用一个组合的Landau-Ginzburg-Devonshire（LGD）理论的局部极化反转的描述与去耦近似的计算的局部piezosesponse回路的形状，矫顽电压和振幅。LGD方法能够解决磁滞回线形成的热力学和动力学。与“刚性”铁电近似相反，这种方法允许压电张量分量依赖于铁电极化和介电常数。该模型合理化的非经典形状的动态压电力显微镜（PFM）的循环。
2010-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Transient adhesion and conductance phenomena in initial nanoscale mechanical contacts between dissimilar metals
我们报告了与针尖润湿相关的瞬态粘附和电导现象，这些现象是由清洁的W（111）针尖压入Au（111）表面产生的机械接触中产生的。结合原子力显微镜和扫描隧道显微镜进行压痕和图像残留的印象在超高真空。在这些实验中使用的~7 nm半径的尖端的制备和其特征在于，在同一仪器中的场离子显微镜。钨尖端的第一个压痕显示出比随后的压痕更大的电导和拉脱粘合力。在~30个压痕到~1.7 nm的深度后，最大电导和粘附力达到稳态值，比它们的初始值小约12倍和6倍。还进行了W（111）针尖到Cu（100）中的压痕，以研究不同衬底的针尖润湿现象的普遍性。我们提出了一个模型，从接触力学的考虑，定量再现观察到的衰减率的电导和附着力下降的1/E衰减常数为9-14压痕周期。结果表明，压痕尖端的表面成分起着重要的作用，在定义的机械和电气性能的压痕接触。
2013-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of single atom manipulation with a scanning probe tip: Force signatures, constant-height, and constant-force scans
我们报告的理论结果预测的原子操纵的银原子在Si（001）表面的扫描探针针尖，并提供洞察操纵现象。一个分子力学技术已被使用，该系统被描述的量子化学方法的短程相互作用和远程的分析模型。考虑到几种形状，方向和化学性质的扫描尖端，我们观察到四种不同的方式来操纵沉积的原子在一个恒定的高度模式。特别是，操作被预测为可能与硅（111）尖不同的尖端形状和吸附原子的位置上的硅表面。在操纵过程中的力的计算显示，特定的变化可以与每种过程。这些力的签名，如在扫描隧道显微镜实验中观察到的尖端高度签名，可以用来推断实验中涉及的过程。最后，我们提出了在恒力模式下的操作的初步结果。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of magnetic exchange force microscopy on adatoms adsorbed on an antiferromagnetic surface
本研究通过DFT计算，揭示了磁交换力显微镜中针尖与吸附原子间的交换力特性，发现Co、Mn及Ir吸附原子均产生显著交换力，并强调结构弛豫对测量的影响。
2024-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modeling electric field sensitive scanning probe measurements for a tip of arbitrary shape
我们提出了一种数值方法来模拟电场敏感的扫描探针显微镜测量，它允许一个尖端的任意形状，并调用图像电荷，以准确地占样品介电覆盖层。将该方法应用于地下电荷积累成像系统的空间分辨率计算，与实验结果吻合较好。
2004-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
