Impact of the tip radius on the lateral resolution in piezoresponse force microscopy
我们提出了一个定量调查的影响，尖端半径以及样品类型和厚度的横向分辨率在压电响应力显微镜（PFM）调查散装单晶。所观察到的线性依赖的畴壁的宽度上的尖端半径，以及特定的晶体类型上的横向分辨率的独立性进行了验证，通过一个简单的理论模型。使用Ti-Pt涂层的针尖与标称半径为15 nm的迄今为止最高的横向分辨率在散装晶体中仅为17 nm。
2007-03-30 cond-mat.mtrl-sci
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
Investigating Atomic Contrast in Atomic Force Microscopy and Kelvin Probe Force Microscopy on Ionic Systems using Functionalized Tips
非接触式原子力显微镜（NC-AFM）和开尔文探针力显微镜（KPFM）已成为纳米技术的重要工具，然而，它们在原子尺度上的对比机制并不完全清楚。在这里，我们使用氯空位在NaCl双层Cu（111）作为模型系统，研究原子对比度作为施加电压，尖端高度和尖端功能化的函数。我们证明了原子尺度上的AFM对比度决定性地取决于针尖终止和样品电压。与此相反，局部接触电势差（LCPD）与KPFM采集显示相同的定性对比度的所有尖端终端调查，这类似于对比度的电场的样品。我们发现，原子力显微镜的对比度主要源于静电相互作用，但其尖端依赖性不能单独解释的尖端偶极子。借助于一个简单的静电模型和密度泛函理论，我们研究了潜在的对比机制。
2014-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion formation in nanodiscs using magnetic force microscopy tip
在这篇手稿中，我们证明了skyrmion形成的纳米点使用磁力显微镜尖端。亚微米尺寸的点的基础上托管界面Dzyaloshiskii-Morya相互作用的Pt/Co/Au多层膜在实验中使用。我们已经发现，由磁性尖端产生的尖端场显着影响纳米点的磁化状态，并导致skyrmions的形成。微磁学模拟解释了在磁力显微镜扫描过程中磁态的演变，并证实了skyrmion形成的可能性。在这个过程中的关键转变是马蹄形磁畴的形成。我们发现用磁探针形成skyrmion是一个可靠和重复的过程。我们的研究结果为纳米点中skyrmions的形成提供了一个简单的解决方案。
2020-02-26 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
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
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
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
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
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
Spatial characterization of the magnetic field profile of a probe tip used in magnetic resonance force microscopy
我们发展了一种实验方法来表征磁共振力显微镜（MRFM）中悬臂梁尖端产生的磁场的空间分布。我们进行了MRFM测量上的一个很好的特点二苯基苦肼（DPPH）膜和映射的3D场分布产生的Nd2Fe14B探针尖。使用我们的技术可以成像任意形状的探头磁铁的场分布。
2008-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
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
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
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
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
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
Carbon-fiber tips for scanning probe microscopes and molecular electronics experiments
我们制造和表征碳纤维尖端，用于结合扫描隧道和力显微镜的压电石英音叉力传感器的基础上。一个电化学制造程序来蚀刻的提示是用来产生可重复的子100纳米的顶点。我们还研究了电子输运通过单分子结形成的一个单一的octanethethernet分子结合的巯基锚定基团的金电极和连接到碳尖的甲基。我们观察到存在的电导平台在拉伸的分子桥，这是一个分子结的形成的签名。
2012-05-24 cond-mat.mes-hall 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
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
Atom-by-atom extraction using scanning tunneling microscope tip-cluster interaction
利用扫描隧道显微镜（STM）针尖-团簇相互作用研究了6 K下Ag（111）表面单原子引出过程的原子细节。使用小于35 mV的小隧穿偏压和47 kOhm的阈值隧穿电阻，从银簇中一次一个原子地提取单个原子。总能量计算和分子动力学模拟的结合表明，原子提取势垒的降低后，接近尖端的集群。因此，仅仅调整尖端和团簇之间的接近度就可以控制提取过程，并且足以提取原子。原子精确的控制和再现性的过程中证明了通过反复提取单个原子从银原子簇上原子的基础上。
2006-11-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
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
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
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
Electric field and tip geometry effects on dielectrophoretic growth of carbon nanotube nanofibrils on scanning probes
单壁碳纳米管（SWNT）纳米纤维组装到各种导电扫描探针，包括原子力显微镜（AFM）的尖端和扫描隧道显微镜（STM）针使用正介电泳（DEP）。施加的电场的大小在1-20 V的范围内变化，以研究其对组装的SWNT纳米纤丝的尺寸的影响。随着电压从5 V增加到18 V，长度和直径都渐近地增长。低于4 V，由于相对于布朗运动的相对弱的DEP力，不能实现SWNT纳米纤丝的稳定附着。在20 V和更高的电压下，低质量的纳米原纤由掺入大量杂质产生。对于中间电压，实现了最佳的纳米原纤维，虽然关键是这个组件是在尖端浸没在单壁碳纳米管悬浮液滴的润湿行为。这个过程进行了监测，在现场相关的润湿角和探针的几何形状（锥角和尖端高度），揭示了探针与窄锥角和长柄是最佳的。有人提出，这是由于探针顶端的润湿较少，因此减少了毛细作用力，特别是在纳米原纤拉伸过程中的力瞬变。相对刚性的探针（力常数>= 2 N/m）在润湿和去润湿时没有表现出可感知的悬臂弯曲，导致最稳定的过程控制。
2011-06-19 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
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
Energy-resolved tip-orbital fingerprint in scanning tunneling spectroscopy based on the revised Chen's derivative rule
本文实现了修正Chen导数规则以高效模拟扫描隧道谱的dI/dV，揭示了针尖轨道引起的能量分辨指纹，为理解电子隧穿过程和研究材料表面电子性质提供了新方法。
2025-06-19 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
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
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
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
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
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
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
Correcting nonlinear drift distortion of scanning probe microscopy from image pairs with orthogonal scan directions
探针相对于样品的不希望的运动是扫描探针显微镜中普遍存在的问题，导致实验图像中的线性和非线性伪影。我们已经设计了一个程序来纠正这些文物，通过使用正交扫描对对齐每个测量线沿慢扫描方向。我们证明了我们的算法在合成和实验数据的准确性，并提供了我们的方法的实施。
2015-07-01 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。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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
