Nanoscale tip positioning with a multi-tip scanning tunneling microscope using topography images
多针尖扫描隧道显微镜（STM）是在纳米尺度上进行电荷输运测量的有力手段。利用位于样品表面的四个STM针尖，可以在专用几何配置中进行四点电阻测量。在这里，我们提出了一种替代最常用的扫描电子显微镜（SEM）成像来推断相应的尖端位置。在由光学显微镜监测的初始粗定位之后，STM扫描本身用于确定尖端间距离。一个大的STM概览扫描作为参考图。在参考标测图和小比例尺图像中识别具有单个尖端的相同地形特征，允许识别尖端位置，对于约1 $μ$ m的典型尖端间距，精度约为20 nm。为了校正STM的压电元件的非线性偏转、蠕变和滞后等效应，必须进行仔细的校准。
2022-01-27 cond-mat.mes-hall
Optimizing tip-surface interactions in ESR-STM experiments
本文理论研究ESR-STM中针尖与Fe/MgO吸附原子的相互作用，提出优化针尖距离、降低电压噪声退相干及推断失谐角的实验方案，以提升单自旋共振测量精度。
2022-12-27 cond-mat.mes-hall
Local electroexfoliation of graphene with a STM tip
石墨表面可以通过几种方法来操纵，以产生不同形状和尺寸的石墨烯结构。扫描隧道显微镜（STM）可以用来创建这些结构，通过机械接触之间的尖端和表面或通过电剥离。在后者中，与所施加的电压剥离的过程中所涉及的机制还没有完全理解。在这里，我们展示了如何石墨表面可以局部剥落，在一个系统的方式，通过施加静电力与STM尖端的边缘的平台，形成三角形的薄片几个纳米的长度。我们演示，通过实验和模拟，这些薄片是如何创建一个两步的过程：首先，电压斜坡必须施加在平台的边缘，然后尖端必须扫描垂直的边缘。从头静电计算表明，石墨表面上的电荷的存在下，削弱层之间的相互作用，允许剥离在相同的电压范围内的实验所使用的。分子动力学模拟表明，局部施加在台阶边缘上的力会产生三角形薄片，如在STM下观察到的那些。我们的研究结果为表面改性提供了新的见解，可以扩展到其他层状材料。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall
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
Simulating STM transport in alkanes from first principles
模拟表面上的分子的扫描隧道显微镜测量传统上是基于微扰的方法，最典型的采用Tersoff-Hamann方法。这假设STM尖端远离样品，使得两者不相互作用。然而，当尖端接近分子以执行测量时，尖端和衬底之间的静电相互作用可能产生非平凡的电势分布、电荷转移和力，所有这些都可能改变分子的电子和物理结构。这些影响进行了调查与从头计算量子输运代码SMEAGOL，结合非平衡格林函数形式主义与密度泛函理论。特别是，我们调查链烷乙氧基化分子终止与CH 3或CF 3端基金表面上，最近的实验数据。我们讨论了STM针尖和分子之间的相互作用，以及分子和电极之间的不对称电荷转移的影响。
2009-01-21 cond-mat.mes-hall
Accurate measurement of atomic magnetic moments by minimizing the tip magnetic field in STM-based electron paramagnetic resonance
用扫描隧道显微镜（STM）进行的电子顺磁共振（EPR）允许以MHz的能量分辨率探测单个原子物种的自旋激发。常规EPR的基本应用之一是精确测定磁矩。然而，在STM中，自旋极化尖端的局部磁场可以在EPR的磁矩测量中引入系统误差。我们建议解决这个问题，找到尖端样品的距离，在该距离下，由尖端的磁场引起的EPR共振位移最小化。为此，我们测量了不同射频下的共振场对针尖-样品距离的依赖关系，并确定了发现真实磁矩的特定距离。此外，我们还表明，针尖的影响可以通过使用磁性探针来平均，这为使用EPR-STM精确测量表面原子的磁矩提供了一种补充方法。
2021-11-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Quantum interference effects in a system of two tunnel point-contacts in the presence of single scatterer: simulation of a double-tip STM experiment
从理论上研究了含有两个隧道点接触和单个次表面散射体的系统的电导。这个问题在s波散射近似中得到解决，给出了系统的波函数和电导的解析表达式。分析了电子波通过不同接触点的干涉及其与缺陷散射波的干涉所引起的电导振荡。讨论了利用电导随接触距离的变化关系来确定金属表面下杂质深度的前景。它示出的应用程序的外部磁场的结果在Aharonov-Bohm型振荡的电导，其周期允许检测的深度的缺陷在一个双尖端STM实验。
2010-11-30 cond-mat.mes-hall
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
Crystalline hydrogenation of graphene by STM tip-induced field dissociation of H$_2$
我们已经开发了一种新的方法，在纳米尺度上结晶氢化石墨烯。分子氢在5K下物理吸附到Cu（111）上生长的原始石墨烯岛上。扫描隧道显微镜尖端局部的场发射使H $_2$解离并产生氢化石墨烯。在较低的覆盖率，孤立的点缺陷被发现在石墨烯上，并归因于化学吸附H的顶部和底部表面。重复H $_2$暴露和场发射产生小片，然后完全覆盖结晶$\sqrt{3}$ $\times$ $\sqrt{3}$ R30°相，以及较不密集堆积的3 $\times$ 3和4 $\times$ 4结构。氢化可以通过用更高的偏置电压成像来逆转。
2017-06-04 cond-mat.mes-hall
Fano fingerprints of Majoranas in Kitaev dimers of superconducting adatoms
我们从理论上研究了一个由STM和AFM针尖组成的Fano干涉仪，该干涉仪靠近超导吸附原子的Kitaev二聚体，其中吸附原子放置在AFM针尖下，包围着一对Majorana费米子（MF）。当库珀对离域进入针尖下吸附原子的结合能$Δ$与它们之间的隧穿振幅$t$一致时，即$Δ$ = $t$，我们发现只有一个位于针尖下的微扰分子与耦合到STM针尖上的吸附原子杂交。其结果是，一个门不变性功能出现：Fano轮廓的透射率上升作为一个不变的量取决于STM提示费米能量，由于在AFM针尖的栅极电位的对称交换。
2016-05-18 cond-mat.mes-hall
Fluorescent single-molecule STM probe
本文提出将STM针尖功能化修饰单个荧光分子，利用隧道电流激发分子阴离子产生窄线发射，证明了发射峰宽度和能量可分别探测trion-等离激元耦合强度及静电环境，并理论解释了分子与针尖接触不猝灭辐射的机制。
2023-11-28 cond-mat.mes-hall
STM contrast of a CO dimer on a Cu(1 1 1) surface: a wave-function analysis
我们提出了一种方法，用于直观地解释STM对比度调查个人波函数起源于衬底和尖端侧。我们使用定域基轨道密度泛函理论，并传播的波函数到真空区在一个真实的空间网格，包括平均的横向倒易空间。利用拉格朗日乘子法进行优化，对真空区中部的波函数进行幺正变换。该方法能够（i）减少在相应的传输矩阵中使用的贡献尖端-衬底波函数组合的数量，以及（ii）将在横向平面中具有类似对称性的波函数捆绑起来，使得（iii）可以实现对STM对比度的直观理解。应用该理论对吸附在Cu（1 1 1）面上的CO二聚体进行了单原子Cu针尖扫描，并详细讨论了其STM图像。
2018-09-13 cond-mat.mes-hall
Simulation of inelastic electron tunneling spectroscopy of single molecules with functionalized tips
通过对吸附在Cu（111）表面的单个CO分子振动光谱的第一性原理模拟，从理论上讨论了针尖在扫描隧道显微镜（STM）非弹性电子隧穿谱（IETS）中的作用.我们展示了如何化学功能化的STM提示修改的IETS强度对应于样品侧的吸附模式。潜在的倾向性规则解释使用对称性的考虑为振动模式和分子轨道的尖端和样品。这表明，单分子IETS可以通过选择适当的尖端轨道对称性进行优化。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall
Pseudomagnetic Fields in a Locally Strained Graphene Drumhead
最近的实验表明，扫描隧道显微镜（STM）探针尖端可以在石墨烯鼓面中产生高度局部化的应变场，这又导致石墨烯中的伪磁场，其可以以类似于光刻限定的量子点（QD）的方式在空间上限制石墨烯载流子。虽然这些实验结果很有趣，但它们在纳米电子器件中的进一步实现取决于关键基础参数的知识，这些参数仍然难以捉摸。在本文中，我们首先总结了由于与STM探针尖端和背栅电极的相互作用的石墨烯膜的变形的实验测量。然后，我们进行了系统的粗粒度，（CG），模拟提供一个机制的解释STM尖端诱导应变的石墨烯鼓面。我们的研究结果揭示了（i）STM探针尖端相对于石墨烯鼓面中心的位置，（ii）STM探针尖端和石墨烯鼓面的尺寸，以及（iii）施加的背栅电压对感应应变场和相应的伪磁场的影响。这些结果可以为未来设计和实现纳米电子学中的石墨烯量子点的可逆和按需形成提供定量指导。
2015-05-11 cond-mat.mes-hall
Robust procedure for creating and characterizing the atomic structure of scanning tunneling microscope tips
扫描隧道显微镜（STM）被广泛用于在原子尺度上研究和操纵物质。尽管STM针尖的关键作用，STM针尖的原子尺度形状的控制仍然是一个解决不好的问题。在这里，我们提出了一种方法，用于制备尖端{ \it原位}，并确保晶体结构和可重复地制备尖端结构的第二个原子层。我们展示了这样的提示从未定义的尖端形状的受控演变。
2017-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Effect of Coulomb blockade on STM current through a granular film
从理论和实验两方面研究了由STM针尖和颗粒膜组成的隧道结阵列中的电子输运。当针尖和表面颗粒之间的隧道电阻远大于颗粒之间的隧道电阻时，在阵列中产生了隧道电流的瓶颈。结果表明，库仑阶梯（CS）的周期是由电容的瓶颈。我们对Co-Al-O颗粒膜的STM实验表明，在室温下，CS具有单一的周期。这为室温下的单电子自旋电子器件提供了新的可能性。
1999-04-20 cond-mat.mes-hall
The graphene sheet versus the 2DEG: a relativistic Fano spin-filter via STM and AFM tips
我们从理论上探讨的状态密度（LDOS）探测的STM针尖的2D系统托管的吸附原子和亚表面杂质，都电容耦合到AFM针尖和穿越反平行的磁场。分析了两种设置，单层石墨烯和二维电子气（2DEG）。AFM针尖将杂质水平设置在费米能，其中出现两种相反的行为：石墨烯的Fano因子发散，而在2DEG中它接近于零。结果，LDOS的自旋简并性仅在石墨烯系统中被提升，特别是对于Fano干涉的不对称机制。这种限制的后果是一个违反直觉的现象，它包括一个占主导地位的Fano因子，由于即使有一个较强的STM吸附原子耦合的亚表面杂质。因此，我们找到了一个完整的极化电导，只需垂直位移的STM尖端的位置。据我们所知，我们的工作是第一个提出Fano效应作为石墨烯中过滤自旋的机制。这一特征源于能带结构中的无质量狄拉克电子，并允许我们将石墨烯主体用作相对论性Fano自旋过滤器。
2013-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin-Polarized STM for a Kondo adatom
我们研究了自旋极化扫描隧道显微镜（STM）针尖和带有近藤吸附原子的正常金属表面导电态之间的隧穿电导随偏压的变化关系。在Fano参数$q$的整个范围内研究了针尖-基质金属和针尖-吸附原子-基质金属导电路径之间的量子干涉。自旋极化的STM引起近藤峰的分裂和零偏异常的不对称性，这取决于侧向尖端-吸附原子距离。随着横向距离的增加，近藤峰分裂表现出强烈的抑制和自旋极化电导表现出标准的Fano-Kondo轮廓。
2008-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Theory of STM junctions for π-conjugated molecules on thin insulating films
基于密度矩阵理论，提出了一种在扫描隧道显微镜（STM）装置中研究绝缘膜上π共轭分子输运的微观理论。一个关键的作用是在理论中的能量依赖的隧道速率占耦合的分子的尖端和基板。特别是，我们分析了如何本地化的尖端和扩展基板之间的几何差异编码的隧穿率和影响的传输特性。最后，使用苯作为一个平面的，旋转对称的分子的例子，我们计算的STM电流电压特性和电流图，并分析它们在几个相关的角动量通道。
2012-05-22 cond-mat.mes-hall
Preparation of light-atom tips for Scanning Probe Microscopy by explosive delamination
为了在STM和AFM中获得最大的分辨率，突出的尖端轨道的尺寸必须被最小化。铍作为尖端材料是增强分辨率的有希望的候选者，因为铍原子只有四个电子，导致共价半径仅为96 pm。除此之外，铍是导电的，并且具有高弹性模量，这是稳定的尖端顶点所必需的。然而，非原位制备的铍尖端覆盖有坚固的氧化层，仅通过加热尖端无法去除。在这里，我们提出了一个成功的制备方法，结合了加热的尖端场发射和温和的碰撞与一个干净的金属板。该方法产生清洁的、无氧化物的尖端表面，如通过从电流-距离曲线推导出的功函数所证明的。此外，我们还获得了Si-（111）-（7 × 7）的STM图像，证实了铍针尖的单原子终端。
2010-01-08 cond-mat.mes-hall
The tunneling conductance between a superconducting STM tip and an out-of-equilibrium carbon nanotube
计算了超导STM针尖与Luttinger液体之间的电流和微分电导。对于无限大的单沟道LL，当相互作用弱于临界值时，隧穿电导中的SC相干峰得以保留，而当相互作用强相互作用（g <0.38）时，SC相干峰消失并被尖点特征所取代.对于一个有限尺寸的导线与非相互作用的铅接触，我们发现，然而，即使是非常强的相互作用强相互作用的峰值恢复。在存在源极-漏极电压的情况下，峰/尖点分裂，并且分裂等于电压。在零温度下，即使非常强相互作用也不会将两个峰涂抹成更宽的峰;这意味着Y. F. Chen et.等（Phys. Rev. Lett. 102，036804（2009））不排除碳纳米管中存在强相互作用。
2009-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Energy transfer channels of the plasmon excitation process in STM tunnel junctions
我们研究了扫描隧道显微镜针尖和金属衬底之间的间隙等离子体激元的衰减，激发的非弹性隧穿电子。隧穿电子的激发能量分为电阻耗散和电磁辐射两大类，它们又可以进一步分为四个不同的通道，包括针尖上的SPP通道、衬底上的SPP通道、空气模式通道和直接猝灭通道。我们发现，大部分的激发能量去表面等离子体激元的金属STM针尖，而不是在基板上。尖端直接淬火也占相当大的比例，特别是在高频区。
2017-10-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tuning Single-Atom Electron Spin Resonance in a Vector-Magnetic Field
单自旋中心的自旋共振在化学结构分析、量子传感和量子相干操纵等方面具有巨大的应用潜力。这些实验的关键是一个二能级自旋系统的存在，其能量分裂可以通过施加磁场来选择。近年来，电子自旋共振（ESR）和扫描隧道显微镜（STM）的组合已被证明是一种检测表面上单个原子的磁性并实现亚$μ$ eV能量分辨率的技术。然而，到目前为止，所需的磁场的作用尚未阐明。在这里，我们进行单原子ESR上吸附在氧化镁（MgO）上的单个Fe原子，使用二维矢量磁场，以及在市售的STM的磁性STM尖端的局部字段。我们展示了如何通过优化磁场来大大提高ESR幅度，特别是在大的面内磁场中揭示增强的信号。此外，我们证明了从磁性STM尖端的杂散场是一个通用的工具。我们在这里使用它来更有效地驱动电子自旋，并通过采用尖端场扫描在恒定频率下进行ESR测量。最后，我们表明，它是可能的，只使用尖端场，在零外部磁场，这有望使这项技术可在许多现有的STM系统。
2019-08-29 cond-mat.mes-hall
Role of bias voltage and tunneling current in the perpendicular displacements of freestanding graphene via scanning tunneling microscopy
采用扫描隧道显微镜（STM）系统地测量了独立石墨烯的位移随外加偏压和隧穿电流设定值的变化。当偏置电压增加时，石墨烯接近STM尖端，而另一方面，当隧穿电流增加时，石墨烯从STM尖端收缩。为了理解偏置电压的作用，我们定量地模拟使用静电的尖端和样品之间的吸引力。对于隧穿电流，我们定性地使用熵的概念模型的石墨烯的收缩。这些互补的结果增强了对彼此的理解，并突出了系统的特点。
2015-01-22 cond-mat.mes-hall
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
Magneto-orientation and quantum size effect in SP-STM conductance in the presence of a subsurface magnetic cluster
从理论上研究了非磁性基质金属中单个磁性团簇对铁磁STM针尖附近自旋电流$\mathbf{j}^{(s)}$和电荷电流$\mathbf{j}$的影响。自旋翻转过程由于电子与集群的相互作用被考虑在内。我们发现，从STM针尖注入的分波和那些由集群散射的结果之间的量子干涉的外观组件垂直于初始极化的自旋电流$\mathbf{j}^{(s)}$，这获得了强烈的不均匀的空间分布。这种干扰产生的电导振荡的函数之间的接触和集群中心的距离。振荡幅度取决于电流极化。我们预测了一个强大的磁取向效应：电导振荡可能会增长，收缩，甚至消失的集群磁矩$\mathbfμ_{\mathrm{eff}}$由外部磁场的旋转。这些结果可用于测定金属表面下磁性团簇的$ \mathbfμ_{\mathrm{eff}}$。
2009-08-26 cond-mat.mes-hall
Single-molecule time-resolved spectroscopy in a tunable STM nanocavity
本研究利用可调谐STM纳米腔平台，通过直接时间分辨测量估算单分子激发寿命，发现纳米腔耦合可将寿命从纳秒级缩短至皮秒级，并探究了远场与针尖增强光致发光的转变，克服了谱线宽度估算法的弊端。
2023-09-08 cond-mat.mes-hall
On the Connection of Anisotropic Conductivity to Tip Induced Space Charge Layers in Scanning Tunneling Spectroscopy of p-doped GaAs
用扫描隧道显微镜研究了低温下p型掺杂GaAs{110}中浅受主的电子性质。已知浅受主在一定偏压下在STM图像中表现出明显的三角形对比。空间分辨的I（V）光谱被用来识别它们的能量来源和行为。一个关键的参数-STM针尖的功函数-是实验确定的。导出了与电压有关的势位和能带弯曲情况。讨论了用实验验证计算结果的方法。微分电导率图显示，三角形的对比，只观察到与耗尽层下的STM尖端。导致各向异性对比的隧道过程要求电子隧穿真空间隙和半导体中的有限区域。
2007-08-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Pumping and cooling of nanomechanical vibrations generated by Cooper pair exchange
我们考虑一个纳米机电系统组成的碳纳米管悬浮在两个正常的铅和耦合到超导扫描隧道显微镜（STM）的尖端通过真空隧道势垒。将纳米管作为单级量子点处理，结果表明，在超导STM尖端和正常引线之间施加的电压会引起机械子系统的泵送或冷却，这取决于电子流的方向。这两个制度之间的过渡是由纳米管和超导STM尖端之间的隧道耦合的强度和电子能级的相对位置控制的。这种现象是由于一种特定的机电耦合而实现的，这种机电耦合完全由库珀对的量子动力学控制。数值分析了在抽运状态下自持振荡的振幅，得到了在冷却状态下机械子系统的有效温度。
2022-02-16 cond-mat.mes-hall
STM contrast inversion of the Fe(110) surface
我们扩展了三维（3D）Wentzel-Kramers-Brillouin（WKB）原子叠加方法中实现的轨道相关电子隧穿模型，以模拟磁性表面上方的自旋极化扫描隧道显微镜（SP-STM）。隧道模型是基于电子结构数据的磁性尖端和表面从第一性原理。应用我们的方法，我们分析了轨道对隧穿电流的贡献，并研究了Fe（110）表面上恒流SP-STM图像上原子衬度反转的性质。我们发现的轨道相关的隧道和自旋极化效应的相互作用负责的对比度反转，我们讨论了它的依赖于偏置电压，上的尖端样品的距离，和上的尖端轨道组成。
2014-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Influence of sample momentum space features on scanning tunnelling microscope measurements
扫描隧道显微镜（STM）测量的理论理解涉及STM针尖和被测样品的电子结构细节。传统上，焦点一直在样品的电子状态模拟的准确性上，而STM尖端电子状态通常近似为简单的球对称$ 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
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
Atomic Resolution Imaging of Currents in Nanoscopic Quantum Networks via Scanning Tunneling Microscopy
提出了一种利用扫描隧道显微镜（STM）对纳米量子网络中的空间电流模式进行原子尺度成像的新方法。通过测量从STM尖端流入作为尖端位置的函数的连接到网络的引线之一的电流，获得原子分辨的"当前河床"的空间图像，其空间结构反映了电子的相干流动的平衡。我们表明，这种方法可以成功地应用于各种网络拓扑结构，并对失相效应是强大的。
2012-09-18 cond-mat.mes-hall
Strong Spin-Filtering and Spin-Valve Effects in a Molecular V-C60-V Contact
基于STM实验中对C60分子操控的最新研究成果，我们从第一性原理出发，研究了Cu（111）表面上带有磁性吸附原子和磁性针尖的STM隧道结中C60分子的结构和电子性质.对于V尖/吸附原子的情况，我们证明了如何在电子输运中观察到由C60介导的磁性V原子之间的自旋耦合，其显示出强烈的自旋过滤效应，允许主要的多数自旋电子通过（>95%）。此外，我们发现一个显着的变化之间的电导平行和反平行自旋极化的结（86%），这表明STM实验应该能够表征这些系统的磁性和自旋耦合。
2012-05-17 cond-mat.mes-hall
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
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
Scanning Gate Spectroscopy on Nanoclusters
研制了一种用于扫描隧道显微镜（STM）的门控探针。该探头通过在隧道尖端旁边制造的附加电极扩展了正常的STM操作。额外的电极不与样品接触，可以用作栅极。我们报告的配方用于制造隧道尖端和栅电极上的氮化硅悬臂梁。我们证明了扫描门探针的功能，通过执行单电子隧道光谱20 nm的金簇不同的栅极电压。
1999-12-09 cond-mat.mes-hall
The Smallest Molecular Switch
从头算总能量计算揭示苯二硫纶（BDT）分子的金表面上，接触的单原子金STM尖端有两类低能量的构象与不同的对称性。尖端的横向运动或分子的激发使其从一种构象类改变为另一种构象类，并在强导电状态和弱导电状态之间切换。因此，令人惊讶的是，尽管它们明显简单，这些Au/BDT/Au纳米线被示出为电双稳态开关，迄今为止最小的双端分子开关。传统的或新型的自组装STM的实验提出来测试这些预测。
2003-01-16 cond-mat.mes-hall
Phase-resolved Detection of Ultrabroadband THz Pulses inside a Scanning Tunneling Microscope Junction
将相位稳定的单周期太赫兹（THz）脉冲耦合到扫描隧道显微镜（STM）结，可以实现具有飞秒时间分辨率和飞秒空间分辨率的时空成像。在这种THz门控STM中实现的时间分辨率最终受限于作为超快电压脉冲的尖端增强的THz场的子周期时间变化，并且因此受限于将高频宽带THz脉冲馈送到结中的能力。在这里，我们报告的超宽带（1-30太赫兹）单周期太赫兹脉冲从自旋太赫兹发射器（STE）到金属STM结的耦合。我们演示了通过太赫兹场诱导的超快光电流调制直接在STM结中的太赫兹电压瞬态的宽带相位分辨检测。与未扰动的远场太赫兹波形的比较揭示了STM尖端的天线响应。尽管尖端引起的低通滤波，高达15太赫兹的频率可以检测到在尖端增强近场，导致太赫兹瞬态与115 fs的半周期。我们进一步证明了简单的极性控制的太赫兹偏置通过STE磁化，并表明，高达2 V的太赫兹偏置在1 MHz的重复率，可以实现在当前的设置。最后，我们发现一个几乎恒定的太赫兹电压和波形在很宽的范围内的尖端样本的距离，通过比较数值模拟证实了太赫兹脉冲的准静态性质。我们的结果证明了自旋电子太赫兹发射器对于具有前所未有的太赫兹偏置带宽的超快太赫兹-STM的适用性，并提供了对定义的纳米级结的飞秒响应的深入了解。
2020-08-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Bias asymmetry in the conductance profile of magnetic ions on surfaces probed by scanning tunneling microscopy
磁性过渡金属原子，如铁，钴和锰，沉积在表面上，并通过扫描隧道显微镜（STM）探测的电导分布，提供了详细的信息，这种纳米磁体的磁激发。一般而言，轮廓相对于所施加的偏压是对称的。然而，一组最近的实验已经显示出固有的不对称性的证据时，无论是正常的或自旋极化的STM尖端被使用。为了解释这种不对称性，我们在这里扩展我们以前开发的微扰方法，电子自旋散射的自旋极化的情况下，并列入平衡自旋人口。在磁性STM尖端的情况下，我们证明了不对称性是由各种原子自旋能级的非平衡占据驱动的，这种效应密切地提醒电子自旋转移。相反，当尖端不是自旋极化的时，不能建立这种非平衡布居。在这种情况下，我们提出，不对称性简单地起源于过渡金属离子的态密度，这是包括在这里作为一个非零的实分量的自旋散射自能。
2012-03-28 cond-mat.mes-hall
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
Selective excitations of trasverse vibrational modes of a carbon nanotube through a "shuttle-like" electromechanical instability
我们研究了电流从扫描隧道显微镜（STM）的尖端注入到悬浮的碳纳米管中的横向振荡动力学。在这种情况下，纳米管的位移和它的电荷状态之间的相关性，由位置依赖的电子隧穿速率确定，可以导致横向振动模式的“梭状”不稳定性。我们发现，一个特定的模式的选择性激发可以通过STM针尖的准确定位来实现。这一结果为基于“航天飞机不稳定性”控制纳米机电系统的动力学行为提供了一种可行的方法。
2009-09-28 cond-mat.mes-hall
Fabrication of on-chip probes for double-tip scanning tunneling microscopy
将多探针和双针尖STM中的探针间距离减小到纳米尺度一直是一个长期存在的技术难题。最近的多探针系统通过使用两个单独驱动的传统金属线尖端实现约30 nm的距离而取得了重大进展。对于简单的对齐和固定的分离可以是有利的情况下，我们在这里提出了片上双尖器件，包括两个机械固定的金尖，尖间距只有35 nm的制造。我们利用高品质SiN的优异机械、绝缘和介电性能作为基础材料，实现易于实现、光刻定义和机械稳定的针尖。由于其大的接触垫和可调的足迹，这些新的尖端可以很容易地集成到大多数现有的商业组合STM/AFM系统。
2020-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.app-ph
Nonlocal correlations of the local density of states in disordered quantum Hall systems
基于最近的高分辨率扫描隧道显微镜（STM）在量子霍尔机制下对大质量二维电子气和石墨烯的实验研究，我们从理论上研究了在高磁场作用下电子在光滑无序势场中运动时局域态密度（LDoS）的无序平均非局域关联.的两个不同位置的STM尖端周围的两个量子回旋加速器环的交叉点，相关的本地无序，提供峰值的LDoS-LDoS相关性的空间色散时，intertip距离匹配的两个量子拉莫尔半径的总和。能量依赖性也显示出复杂的行为：对于局部LDoS-LDoS平均值（即，在相同的尖端位置），在朗道能级附近，尖端电压有很强的正相关关系，而在朗道能级附近，则有很弱的负相关关系。
2011-04-01 cond-mat.mes-hall
Multiple Andreev Reflection Effects in Asymmetric STM Josephson Junctions
Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）；Quantum Materials Center, Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系量子材料中心）；Joint Quantum Institute, University of Maryland（马里兰大学联合量子研究所）
研究非对称STM约瑟夫森结中多重安德鲁效应的特性及影响因素，提出适用于此类结构的定量模型。
2026-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Two-probe theory of scanning tunneling microscopy of single molecules: Zn(II)-etioporphyrin on alumina
我们从理论上探讨了使用两个本地探针的框架，在衬底上的单分子的扫描隧道显微镜。这个框架是适当的尖端/分子/基板系统，其中分子和导电基板之间的薄绝缘层传输电子不均匀，从而限制电子传输之间的分子和基板横向到一个纳米级区域的大小显着小于分子的研究电子流。尖端-分子耦合和分子-衬底耦合被视为在同一个立足点上，作为局部探针的分子，与电子流建模使用李普曼-施温格格林函数散射技术。STM图像模拟的固定（基板）探针下面的Zn（II）-etioporphyrin I分子的各种位置。我们发现，这些图像有很强的依赖于衬底探针的位置，表明电子流可以强烈依赖于尖端的位置和占主导地位的分子-衬底耦合的位置。STM图像的差异解释在每种情况下，介导电子流的分子轨道。最近的实验结果，显示STM拓扑图的Zn（II）-etioporphyrin I氧化铝/NiAl（110）强烈依赖于衬底上的单个分子被探测，解释使用这个模型。还提出了进一步的实验测试模型。
2005-10-04 cond-mat.mes-hall
An ultra-high vacuum scanning tunneling microscope operating at sub-Kelvin temperatures and high magnetic fields for spin-resolved measurements
介绍了一台能在超高真空和高达9 T的强磁场中工作的超低温扫描隧道显微镜（STM）的结构和性能。STM的低温环境由Single Shot $^3$ He磁体低温恒温器与$^4$ He杜瓦瓶系统组合产生。在基础温度（300 mK）下，低温恒温器的工作时间约为80小时。显微镜的特殊设计允许STM头从低温恒温器转移到UHV室系统，在那里样品和STM尖端可以很容易地交换。超高真空室配备了特定的表面科学处理工具，用于样品和针尖的功能化，包括高温处理和薄膜沉积。这尤其使得能够进行自旋分辨的隧穿测量。我们目前的测试测量使用众所周知的样品和尖端的超导体和金属材料，如LiFeAs，Nb，Fe和W，分别。测试结果表明，STM具有高的空间和能量分辨率以及自旋分辨能力。
2018-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Atomic-scale spin-polarization maps using functionalized superconducting probes
具有足够强的自旋极化的磁性尖端的扫描隧道显微镜（STM）可以用于将样品的自旋结构映射到原子尺度，但通常缺乏绝对确定样品的自旋极化值的可能性。超导材料中的磁性杂质产生成对的完美的，即100%自旋极化的子带隙共振。在这项工作中，我们功能化的超导Nb STM尖端的顶点与这样的杂质状态，通过附加Fe原子探测原子操纵的Mn纳米磁体在Nb（110）表面上的自旋极化。通过与自旋极化STM测量相同的纳米磁体使用Cr散装提示比较，我们展示了非凡的自旋灵敏度和定量测量样品的自旋极化值与我们的新功能化探针的可能性。
2020-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Using a hybrid superconducting-ferromagnetic tip as a magnetic scanning tunneling microscope
从磁性样品接近由超导体（S）和铁磁体（F）制成的双组分尖端允许铁磁体之间通过S的两个不同的隧穿过程：i）电荷和自旋守恒; ii）电荷和自旋反转，例如库珀对从S流动，一个电子进入F，另一个进入样品。在子间隙电压，这允许两个电流从尖端流动：一个是不敏感的自旋极化，并允许表面形貌，其他直接跟踪F和样品的相对自旋极化。整个器件相当于一个对费米能级自旋极化敏感的STM（MSTM）。它的灵敏度进行了研究和优化，相对于尖端的几何形状。
2002-03-14 cond-mat.mes-hall
Electron transport across a quantum wire in the presence of electron leakage to a substrate
我们研究了电子输运通过一个单原子线，这是隧道耦合到两个电极，也到下面的基板。该设置是由紧束缚哈密顿量建模，并可以实现与扫描隧道显微镜（STM）。导线的透射率由相应的格林函数得到。如果通过接触STM尖端扫描线，则作为尖端位置的函数的电导表现出振荡，其可以在增加线原子的数量时显著改变。我们的数值研究表明，电导强烈依赖于衬底电子是否是本地化的。作为另一个普遍存在的特征，我们观察到电荷振荡的形成。
2010-06-08 cond-mat.mes-hall
