Atomic-scale access to long spin coherence in single molecules with scanning force microscopy
理解和控制开放量子系统中的退相干是科学中的基本兴趣，而实现长相干时间对于量子信息处理是至关重要的。虽然在单个孤立系方面取得了很大进展，并且已经证明了具有纳米级分辨率的单自旋电子自旋共振（ESR），但复杂固态量子器件的构建最终需要将环境控制到原子尺度，这可能通过具有原子和分子表征和操纵能力的扫描探针显微镜来实现。因此，最近在扫描隧道显微镜（STM）中实施ESR是实现这一目标的一个里程碑，随后很快就出现了相干振荡，可调偶极和交换耦合以及获得具有真实空间原子分辨率的核自旋的演示。原子操纵甚至激发了实现第一个人造原子尺度量子设备的雄心。然而，该方法固有的基于电流的感测限制了相干时间。在这里，我们展示了泵探测ESR原子力显微镜检测电子自旋之间的非平衡三重态的个别并五苯分子的转变。这些跃迁的光谱表现出亚纳电子伏的能量分辨率，允许局部歧视的分子，只有不同的同位素配置。此外，电子自旋可以在数十微秒内进行相干操纵，可能不受检测方法的限制，但受分子性质的限制。单分子ESR原子力显微镜可以与原子操作和表征相结合，从而为原子定义良好的量子组件铺平了道路，具有长相干时间和局部量子传感实验。
2023-03-22 cond-mat.mes-hall
Atomic-scale sensing of photoexcitation processes in electronically isolated molecules via atomic force microscopy
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；IBM Research（IBM研究院）；University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）
提出基于原子力显微镜的光激发单电荷AFM技术，通过同步激光脉冲探测单个分子中的光激发电子隧穿，实现埃级空间分辨率，并揭示长寿命四重激发态。
2026-06-17 cond-mat.mes-hall
Comparison between Atomic Force Microscopy and Force Feedback Microscopy static force curves
比较了原子力显微镜（AFM）在固/气和固/液界面上的常规静态力曲线和力反馈显微镜（FFM）在同一悬臂梁上获得的力曲线。FFM避免跳跃接触的能力导致完整和直接测量相互作用力曲线，包括有吸引力的短程范德华力和化学贡献。比杠杆刚度高五倍的吸引力梯度不会影响FFM静态反馈回路的稳定性。反馈回路保持作用在AFM针尖上的总力等于零，允许使用软杠杆作为力传感器来增加仪器的灵敏度。由于在原生氧化物硅/空气界面处的毛细管桥的成核或由于在云母/去离子水界面处的DLVO相互作用的吸引力的相互作用已被测量。该装置适用于直接定量测量界面力，可导出到SFA（表面力仪）。
2013-06-12 cond-mat.mes-hall
Calibrated force measurement in Atomic Force Microscopy using the Transient Fluctuation Theorem
瞬态涨落定理用于校准原子力显微镜，通过测量由施加在胶体探针和表面之间的与时间相关的力所执行的功的涨落。从这一措施，人们可以很容易地提取的相互作用力的值和悬臂梁的相关参数。这种分析的结果进行了比较，通过标准校准方法获得的。a）现住址：ISIS，Univ.
2020-05-05 cond-mat.mes-hall
Pulse force nanolithography on hard surfaces using atomic force microscopy with a sharp single-crystal diamond tip
提出了基于AFM的纳米光刻技术。该方法使得能够利用尖锐尖端进行快速逐点压痕。当与单晶金刚石刀头串联使用时，这种技术可以在硬材料（如硅或金属）中形成高纵横比的凹槽。给出了在Si表面上制作的间距为30-100 nm、深度为5-32 nm的沟槽阵列的实例。对63 nm厚的金属磁性薄膜进行了切割实验。通过使用磁力显微镜来研究所得到的结构。
2013-12-03 cond-mat.mes-hall
Optimizing atomic resolution of force microscopy in ambient conditions
环境操作对AFM提出了挑战，因为与真空或液体环境中的操作相比，当探测样品时，悬臂动力学从在空气中振荡到在水合层中振荡发生了显著变化。我们展示了原子分辨率的KBr（001）表面在环境条件下通过调频原子力显微镜与悬臂基于石英音叉（qPlus传感器）的成像，并分析了长期和短期的贡献阻尼。水化层的厚度随相对湿度的增加而增加，因此改变湿度可以研究水化层厚度对悬臂梁阻尼的影响。从阻尼与振幅的测量开始，我们在原子尺度上分析了信号和噪声特性。然后，我们确定了最佳振幅，使我们能够获得高质量的原子分辨图像。
2013-05-28 cond-mat.mes-hall
Intermolecular contrast in atomic force microscopy images without intermolecular bonds
原子力显微镜（AFM）图像中有机分子的分子间特征被归因于分子间键。最近的一项理论研究[P.Hapala et al.，Phys.Rev.B90，085421（2014）]表明，这些特征也可以通过分子封端的尖端的柔性来解释。我们探测这种效果进行AFM实验的模型系统，其中包含区域的分子间键应该和不应该存在于附近的分子之间。在这两个区域中观察到分子间的特征，表明分子间的对比不能直接解释为分子间的键。
2014-11-03 cond-mat.mes-hall
Polynomial force approximations and multifrequency atomic force microscopy
我们提出了多项式力重建实验互调原子力显微镜（ImAFM）的数据。我们研究了在缓慢的表面方法的尖端表面力，并与振幅依赖力谱的结果进行比较。基于多项式力重构，我们生成高分辨率的聚合物共混物样品的表面性质图。多项式方法被描述为一个特殊的例子，一个更一般的approximataive力重建，其目的是确定模型参数，最好的近似测得的力谱。这种近似的方法是不限于光谱数据，我们演示了如何可以适应力正交图片。
2013-02-07 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Atomic Force Microscopy: Squeezing and Skewness of Micro-Mechanical Oscillators interacting with a Surface
我们提出了一种双频驱动方案在动态原子力显微镜，最大限度地提高针尖和样品之间的相互作用时间。使用随机描述的悬臂动力学，我们预测大的经典压缩和少量的倾斜尖端的相空间概率分布。强位置压缩需要尖端和表面之间的紧密接触，而动量压缩也可能在尖端-表面力的范德华区域中发生。利用推广的Caldeira-Leggett模型，我们预测了表面依赖的耗散力可能是量子效应的主要来源，并提出了一种从热涨落中分离量子效应的方法.
2021-10-13 cond-mat.mes-hall
An atomic resolution, single-spin magnetic resonance detection concept based on tunneling force microscopy
全面研究了力检测单自旋磁共振测量概念与原子空间分辨率。该方法是基于静电力检测自旋选择规则控制的两个电隔离的顺磁状态之间的单电子隧穿。单自旋磁共振检测是可能的，通过测量力检测隧穿电荷噪声和关闭自旋共振。这种电荷噪声的模拟结果，基于隧道和自旋物理的物理模型，直接比较测得的AFM系统噪声。结果表明，该方法可以在室温下对电隔离量子比特态进行具有原子空间分辨率的单自旋测量。
2015-01-31 cond-mat.mes-hall
Effect of lateral tip motion on multifrequency atomic force microscopy
在原子力显微镜（AFM）中，悬臂的尖端顶点相对于垂直方向（$θ_{i}$）移动的角度由探针支架的倾斜度以及悬臂和致动本征模$i$的几何形状决定。即使$θ_{i}$对静态和单频AFM的影响是已知的（增加有效弹性常数，样品各向异性的灵敏度等），在多频力显微镜中使用的更高的本征模导致尚未充分探讨的额外的影响。在这里，我们使用开尔文探针力显微镜（KPFM），以调查如何$θ_{i}$不仅影响信号的幅度和相位，但也可能导致的行为，如不稳定的KPFM电压反馈回路。我们发现，较长的悬臂梁和修改后的样品方向提高电压反馈回路的稳定性，即使变化的扫描参数，如悬臂振动幅度和升降机高度不。
2017-07-19 cond-mat.mes-hall
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
Atomic force microscopy calibration of standing surface acoustic wave amplitudes
原子力显微镜是表征表面声波的重要工具，特别是对于高频，其中波长太短而不能通过激光干涉测量法来分辨。需要注意的是，悬臂梁偏转不等于表面声波的振幅。我们表明，从移动表面到悬臂的能量转移，而不是导致超过表面调制的偏转。我们提出了一种方法，用于精确校准的表面声波振幅的基础上比较力曲线测量与运动方程的驱动悬臂。我们展示了我们的方法，为一个GaAs晶体上的驻波限制在一个聚焦腔的谐振频率接近3 GHz。
2021-11-21 cond-mat.mes-hall
Effect of material stiffness on intermodulation response in dynamic atomic force microscopy
我们进行模拟和实验的振荡原子力显微镜悬臂接近表面，其中的互调响应的悬臂梁驱动两个纯谐波音调进行了研究。在模拟中，尖端和表面与保守的非线性力的相互作用，并接近距离和表面刚度的参数空间进行了探索。接近实验进行了广泛变化的刚度的三个表面。可以看出模拟和实验之间的定性相似性，但由于模拟中使用的过度理想化的尖端表面力模型，难以进行定量比较。
2013-02-22 cond-mat.mes-hall
Theory of small amplitude bimodal atomic force microscopy in ambient conditions
动态原子力显微镜中的小振荡幅度可以导致侵入性和高分辨率成像。在这里，我们讨论的背景下的环境条件下的小振荡幅度成像，同时激发第二弯曲模式访问对比度通道敏感的样品的属性的变化。两个物理上不同的制度的操作进行了讨论，一个是在水化层上方的尖端振荡和另一个在那里的尖端振荡永久接触it. It示出，用户可以控制通过标准的操作参数探测的区域。控制的第二模式相移成分变化的敏感性的基本理论，然后开发。第二模式相移由保守的尖端-样品相互作用、模式之间的能量转移和尖端样品结中的不可逆能量损失之间的相互作用控制。
2014-01-26 cond-mat.mes-hall
Reconstruction of Tip-Surface Interactions with Multimodal Intermodulation Atomic Force Microscopy
我们提出了一个理论框架，用于重建尖端-表面相互作用时，需要一个以上的本征模式来描述悬臂梁运动的互调技术。两个特殊的情况下，双峰运动进行了数值研究：一个弯曲和扭转模式，和两个弯曲模式。对于前一种情况，我们证明了精确重建二维保守力场的可能性，而对于后者，我们研究了耗散力。
2013-05-02 cond-mat.mes-hall
Force-gradient-induced mechanical dissipation of quartz tuning fork force sensors used in atomic force microscopy
我们研究了用于原子力显微镜的石英音叉谐振器的动力学，考虑到通过音叉基座的附着的机械能耗散。我们发现，音叉谐振器的品质因数的变化，即使是一个纯粹的弹性传感器样品相互作用的情况下。这是由于由传感器-样本力梯度引起的音叉叉尖的有效机械不平衡，这进而对通过谐振器基座的附接的耗散产生影响。该效应可以产生测量的耗散信号，该测量的耗散信号可以不同于仅与传感器和样品之间的耗散相关的信号。我们还发现，有一个二阶项，除了传感器-样品力梯度和音叉的共振频率偏移之间的线性关系，这是显着的，即使是在几十N/m的范围内的力梯度通常存在于原子力显微镜。
2011-02-18 cond-mat.mes-hall
Amplitude dependence of image quality in atomically-resolved bimodal atomic microscopy
在双模态FM-AFM中，两个弯曲模式被同时激发。尖端的总垂直振荡偏转范围是两种弯曲模式的峰-峰振幅之和（和振幅）。我们显示原子分辨图像的KBr（100）在环境条件下，在双峰原子力显微镜显示图像质量和总和振幅之间的强相关性。当和振幅变得大于约200 pm时，信噪比（SNR）急剧降低。我们建议这是由一个或多个水层的尖端样品间隙中的临时存在。这些水层屏蔽了短程相互作用，并且必须在每个振荡周期中被置换。然而，进一步减小和振幅会导致SNR的减小。因此，在环境条件下的最高SNR时，实现的总和振幅略小于主水化层的厚度。
2016-05-21 cond-mat.mes-hall
High-Percentage Success Method for Preparing and Pre-Evaluating Tungsten Tips for Atomic-Resolution Scanning Tunneling Microscopy
提出了一种自定义的双薄层电化学腐蚀方法，用于扫描隧道显微镜（STM）针尖用钨丝。为了进行比较，还使用许多传统方法在内部制造了头端，并使用光学显微镜进行了检查。这两套提示被用来获得STM图像的高取向热解石墨，其质量的变化。STM图像的清晰度被发现与STM尖端的光学测量锥角相关，较大的锥角始终产生原子分辨的图像。所描述的定制蚀刻程序允许创建更大的锥角，因此被证明在可靠地生产高质量尖端方面具有优越性。
2015-02-05 cond-mat.mes-hall
Electrostatic Discovery Atomic Force Microscopy
在提供前所未有的原子和电子结构分辨率的同时，扫描探针显微镜技术在提供相同规模的可靠静电表征方面遇到了更大的挑战。在这项工作中，我们介绍了静电发现原子力显微镜，一种基于机器学习的方法，它提供了直接从原子力显微镜图像与功能化的提示静电势的即时定量地图。我们应用此来表征各种分子系统的静电特性，并直接与参考模拟进行比较，表现出良好的一致性。这种方法为在任何系统上以最小的计算开销获得可靠的原子尺度静电图打开了大门。
2021-11-19 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Comment on 'Field ion microscopy characterized tips in noncontact atomic force microscopy: Quantification of long-range force interactions'
Falter等人最近的一篇文章（Phys.Rev.B87，115412（2013））呈现了使用场离子显微镜表征非接触原子力显微镜中的尖端以表征静电和范德华长程力的实验结果。在这篇文章中，由于环计数法应用中的微妙之处，尖端半径在~4.7 nm而不是~8.1 nm处被大大低估。我们指出，在环计数中出现的常见错误，以利于未来的实验工作中，尖端半径的测定由nanostrant是重要的。
2013-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The lower limit for time resolution in frequency modulation atomic force microscopy
原子力显微镜（AFM）通常实现亚纳米长度尺度的结构信息。在此长度尺度上测量时间分辨性质以了解纳米尺度下的动力学仍然是一个难以捉摸的目标。本文对原子力显微镜的时间分辨力的下限作了一般性的分析。我们的研究结果表明，在AFM的时间分辨率是最终由众所周知的AFM的热极限，而不是经常提出的力传感悬臂梁的机械响应时间的限制。我们演示了一个一般的泵浦探测方法，使用悬臂作为检测器响应的平均信号。该方法可以应用于任何激励信号，如电，热，磁或光。该方法的实验实现使我们能够测量的光载流子的衰减时间为1 ps的低温生长的GaAs中使用的悬臂与280 kHz的谐振频率。
2016-09-08 cond-mat.mes-hall
Influence of atomic tip structure on the intensity of inelastic tunneling spectroscopy data analyzed by combined scanning tunneling spectroscopy, force microscopy and density functional theory
在非弹性扫描隧道光谱（IETS）中获得高强度对于精确测量是重要的。IETS信号的强度可以变化高达三个因素的各种提示没有一个明显的原因，通过扫描隧道显微镜（STM）单独访问。在这里，我们表明，STM和IETS与原子力显微镜相结合，使一氧化碳前端原子识别，揭示了高IETS强度CO/Cu（111）获得单原子尖端，而强度急剧下降的多原子尖端。将CO分子吸附在Cu吸附原子[CO/Cu/Cu（111）]上，使其在衬底上升高，强烈地降低了IETS强度的尖端依赖性，表明即使对于多原子尖端，升高的位置也会引导大部分隧穿电流通过CO分子，而在CO/Cu（111）的情况下，大部分隧穿电流绕过CO分子。
2016-03-08 cond-mat.mes-hall
Detecting Band Profiles of Devices with Conductive Atomic Force Microscopy
电子器件的能带分布对于确定其性能具有根本的重要性。非常需要一种可以在纳米尺度上映射器件内部和边缘的能带分布的技术。传统的扫描隧道光谱（STS）可以在原子尺度上绘制能带结构，但仅限于大的导电样品的内部。在这里，我们开发了一个接触式STS导电原子力显微镜的基础上，可以消除这些限制。利用这种技术，我们在室温下绘制了具有纳米分辨率的MoS $_2$晶体管的能带分布。在绝缘衬底上的MoS $_2$的边缘18 nm内发现了0.6 eV的能带弯曲。这一技术将对各种电子器件的基础研究和应用研究都有很大的用处。
2020-07-09 cond-mat.mes-hall
Background force compensation in dynamic atomic force microscopy
背景力是悬臂体与其周围环境的线性长程相互作用，必须进行补偿，以揭示尖端表面力，原子力显微镜中确定材料特性的感兴趣的量。我们提供了一种方法来补偿背景力的数学推导，将其应用于实验数据，并讨论如何在模拟中包括背景力。我们的方法，基于线性响应理论在频域中，提供了一个通用的方法来测量和补偿任何背景力，它可以很容易地应用到不同的力重建方法在动态AFM。
2017-06-16 cond-mat.mes-hall
Enhancement and termination of the superconducting proximity effect due to atomic-scale defects visualized by scanning tunneling microscopy
本文用低温扫描隧道显微镜和能谱研究了在Si（111）衬底上形成的超导Pb岛结构与金属Pb诱导的条带状非公度相之间的界面邻近效应。我们的实空间观测表明，二维金属层上的台阶结构对超导对关联的传播具有重要作用，台阶终止了邻近效应，在界面和台阶的限制区域内，邻近效应增强。用Usadel方程计算准经典格林函数公式，用台阶边缘电子的弹性反射定量地解释了观测结果。
2014-01-12 cond-mat.mes-hall
Quantitative measurement of the magnetic moment of an individual magnetic nanoparticle by magnetic force microscopy
我们证明了使用磁力显微镜（MFM）的单个磁性纳米粒子（MNP）的磁化强度的定量测量。通过使用具有示踪确定的磁化的MNP参考样品校准MFM信号来实现定量测量。实验证明，在环境条件下，磁矩的分辨率为10^（-18）Am ^2量级，目前这一分辨率受到针尖的磁矩和仪器噪声水平的限制。该校准方案可以应用于几乎任何MFM和尖端，从而允许广泛的未来应用，例如在纳米磁学和生物技术。
2010-02-19 cond-mat.mes-hall
Lateral manipulation with combined atomic force and scanning tunneling microscopy using CO-terminated tips
CO端头目前提供了原子力显微镜中可获得的最佳空间分辨率。由于它们的化学惰性，它们允许探测由泡利排斥主导的相互作用。小尺寸和惰性的氧前端原子产生前所未有的分辨率的有机分子，金属簇和表面。利用原子力显微镜和扫描隧道显微镜研究了7K下CO末端针尖对Cu（111）表面单个铁吸附原子的横向操纵能力.此外，我们发现，即使是轻微的不对称的尖端的结果在扭曲的横向力场。此外，横向力场上的CO尖端的倾斜的影响被反转相比，使用一个单原子的金属尖端，我们可以归因于CO尖端相对于金属尖端的反转的偶极矩。此外，我们展示了原子的原子组装铁簇与CO提示，同时使用之间的CO提示的高分辨率能力，以确定集群内的单个铁原子的安排。此外，我们能够横向操纵单个铜和硅吸附原子，而不改变或失去从尖端的顶点的CO。
2018-10-12 cond-mat.mes-hall
Atomic-Scale Movement Induced in Nano-Ridges by Scanning Tunneling Microscopy on Epitaxial Graphene Grown on 4H-SiC(0001)
利用扫描隧道显微镜（STM）在4度切角4 H-SiC（0001）的硅表面上外延生长的多层石墨烯中发现了纳米尺度的脊。这些纳米脊只有0.1 nm高，25-50 nm宽，使它们比以前报道的脊小得多。在纳米脊附近和顶部使用双扫描技术进行原子分辨率STM，其中同时记录正向和反向图像。沿图像的前缘在两个方向上观察到明显100%放大的石墨烯晶格常数。石墨烯的水平运动，由于静电吸引STM尖端和弱键合到衬底，被认为有助于结果。
2015-01-23 cond-mat.mes-hall
Phase imaging with intermodulation atomic force microscopy
互调原子力显微镜（IMAFM）是一种双频激发的原子力显微镜（AFM）动态模式。振动的AFM悬臂在靠近表面的经验的非线性尖端样本力混合的驱动音，并产生新的频率分量的悬臂响应称为互调产物（IMP）。我们提出了一个程序，用于提取在每个IMP的阶段，并证明通过记录这个阶段，而扫描的相位图像。在互调频率的振幅和相位图像表现出增强的地形和材料的对比度。
2009-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Characteristic tip substrate capacitance studied using force spectroscopy method of atomic force microscopy
在原子力显微镜（AFM）中，针尖-衬底电容特性是理解局域电学性质的关键。由于针尖-衬底特征电容高度依赖于针尖的几何特征，因此对给定探针的针尖-衬底特征电容的估计是非常复杂的，涉及到经验测量和数值模拟。本文提出了一种利用AFM力谱技术研究针尖-衬底特征电容的简便方法。在该方案中，一个解析表达式被认为是模型的尖端-样品相互作用，其中的系数直接依赖于尖端-衬底电容。这种方法避免了任何复杂的模拟涉及不规则形状的AFM针尖。此外，与其他技术相比，它大大减少了计算所需的实验数据量。本文的工作也证实了当针尖-样品间距小于200 nm时，平行板-电容器近似不太适合描述针尖-衬底电容相互作用，而介于球面和锥面几何之间的中间近似似乎更合适。
2016-01-22 cond-mat.mes-hall
Limit of Temporal Resolution in Atomic Force Microscopy: How fast can we image with atomically-engineered tips while preserving picometer range spatial resolution?
随着动态扫描探针显微镜技术的最新进展，现在用原子工程尖端对分子的亚分子结构进行成像是一种常规方法，原子工程尖端是通过尖端末端的受控修饰制备的，并且是化学上明确定义的。增强的空间分辨率是可能的，因为原子工程尖端可以在排斥相互作用机制中保持其完整性。虽然提高空间分辨率的机制已经在实验和理论上进行了研究，但最终的时间分辨率，同时保持皮米级的空间分辨率仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们计算分析的时间分辨率的原子力显微镜成像与原子工程的提示。我们的计算结果表明，非金属终止的提示，例如氧终止的铜，是非常适合增强的时间分辨率高达视频速率成像速度，同时保持皮米范围的空间分辨率。首先，具有低刚度的原子工程尖端（例如，CO封端的）的最高可达到的空间分辨率随着成像速度的增加而劣化。我们的研究结果表明，当原子工程的尖端终止与分子在使用中，成像速度在纳米每秒的顺序最多是不可避免的，即使是原子平坦的表面，以保持原子分辨率，避免滑粘运动。除了阐明原子力显微镜成像与原子工程的提示的时间分辨率，我们的数值结果提供了一个展望原子的可扩展性，原子的原子制造使用扫描探针显微镜技术。
2018-11-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Comment to "Imaging the atomic orbitals of carbon atomic chains with field-emission electron microscopy"
在线性原子链的场发射电子显微镜中观察到稳定的双峰图案需要破坏轴对称的稳定机制，这未被Mikhailovskij等人[Phys. Rev. B 80，165404（2009）]正确识别。使用微观计算，我们将观察到的图案归因于链连接的配体产生的对称性破缺，加上碳π键交替。
2010-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Atomic scale shot-noise using broadband scanning tunnelling microscopy
我们已经开发了一种宽带扫描隧道显微镜，能够在1 MHz的常规，低频（<10 kHz），显微镜以及光谱和散粒噪声检测。在金表面上校准我们的交流电路后，我们通过同时测量高温超导体Bi $_{2}$ Sr $_{2}$ CaCu $_{2}$ O $_{8+x}$的原子分辨微分电导和散粒噪声，说明了我们在原子尺度和低电流（<1 nA）下检测散粒噪声的能力。我们进一步表明我们的直接敏感性的隧道电子在低电压下的温度。我们的宽带探针开辟了在原子尺度上研究STM可访问的所有材料中的电荷和相关效应的可能性。
2018-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Atomic structure of Mn wires on Si(001) resolved by scanning tunneling microscopy
在亚单层覆盖下，Mn在Si（001）表面上形成垂直于下面的Si二聚体行取向的原子线。虽然许多其他元素在室温下形成对称的二聚体线，我们表明，锰线有一个不对称的外观和引脚附近的硅二聚体。我们发现，一个原子配置与锰三聚体晶胞可以解释这些观察结果，由于硅二聚体屈曲相附近的电线和锰三聚体的取向之间的相互作用。我们详细研究了四线配置使用高分辨率扫描隧道显微镜（STM）成像和比较我们的研究结果与STM图像模拟密度泛函理论。
2012-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic observation on diamond (001) surfaces with non-contact atomic force microscopy
本研究利用反应性Si针尖的非接触式原子力显微镜在室温下实现了金刚石(001)表面原子分辨率成像，结合密度泛函理论揭示了倾斜C-Si键形成与表面二聚体重排是成像关键，为金刚石掺杂识别和纳米结构构建铺平道路。
2024-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
True Atomic-Resolution Imaging under Ambient Conditions via Conductive Atomic Force Microscopy
表面的原子尺度特征决定了从催化到摩擦等众多科学现象的原理。尽管如此，我们在原子尺度上可视化和改变表面的能力仍然受到相关方法实现高空间分辨率的严格条件的严重阻碍。特别是，用于实现原子分辨率成像的两种主要方法-扫描隧道显微镜（STM）和非接触式原子力显微镜（NC-AFM）-通常在超高真空（UHV）下进行，并且通常在低温下进行。也许更重要的是，在这种良好控制的原始条件下获得的结果与通常在环境条件下发生的大多数过程和应用几乎没有相关性。因此，一种可以在环境条件下在原子尺度上对表面进行鲁棒成像的方法长期以来一直被认为是表面科学的“圣杯”。在这里，通过对二硫化钼（MoS 2）的原理验证测量，我们报告说，导电原子力显微镜（C-AFM）的方法可以用于在环境条件下实现真正的原子分辨率成像，如通过单个原子空位的成像所证明的那样，而无需对操作环境或精细的样品制备进行任何控制。虽然这一显着的观察背后的物理机制尚未阐明，我们的方法克服了许多与STM和NC-AFM相关的经典限制，研究结果预示着C-AFM作为一个强大的工具，在环境条件下的原子分辨率成像的潜在出现。
2021-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Attempts to test an alternative electrodynamic theory of superconductors by low-temperature scanning tunneling and atomic force microscopy
我们做了一个实验来检验超导体电动力学的两种理论：标准伦敦理论和J.E. Hirsch [Phys.Rev.B69，214515（2004）]。这两个替代方案给出了不同的预测方面的屏蔽电场的超导体，我们试图检测这种效果使用原子力显微镜上的铌样品。我们还进行了反向实验，在那里我们展示了一个安装在qPlus力传感器上的微探针。由于有限的准确性，我们既不能证明也不能反驳赫希的假设。在0.17 N/m的精度范围内，电子跃迁不会改变针尖和样品之间的原子尺度相互作用。
2016-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Machine learning aided atomic structure identification of interfacial ionic hydrates from atomic force microscopy images
针对AFM图像难以确定界面离子水合物原子结构的问题，提出基于机器学习和界面水数据迁移学习的识别方法，可精确获得原子位置与水分子取向。
2023-04-24 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Untangling 3D atomic reconstruction in twisted bilayer 2D crystals via dark field transmission electron microscopy
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）；University of Manchester（曼彻斯特大学）
本文利用暗场透射电子显微镜（DF-TEM）建立局部堆叠与图像强度的定量关系，从DF图像中提取三维原子位移和层间距，解决了扭曲二维材料中原子重构的三维分布测量难题。
2026-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mirror Effect from Atomic Force Microscopy Profiles Enables Tip Reconstruction
在这项工作中，在原子力显微镜的尖端卷积效应被重新审视，以说明立方体物体的能力，用于确定尖端的形状和大小。利用分子基立方纳米粒子作为参考，一个两步尖端重建过程已经开发出来。首先，通过对卷积误差的分析来估计尖端到面的角度，同时从实验轮廓中提取尖端半径。所获得的结果与尖端供应商的规格良好一致，即使实验已经使用具有分散的尺寸和纵横比的纳米颗粒的真实分布进行。这证明了我们的方法的可靠性，并打开了一个更准确的尖端重建使用纳米光刻图案的大门。
2020-05-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Visualizing quantum phenomena at complex oxide interfaces: an atomic view from scanning transmission electron microscopy
复杂氧化物界面是凝聚态物理和材料科学的研究热点之一。在过去的十年中，像差校正扫描透射电子显微镜和光谱学已被证明是非常宝贵的可视化和理解新兴的量子现象在接口。本文综述了近年来电子显微镜在界面探测方面的研究进展。具体来说，我们讨论了几个重要的挑战，电子显微镜，以提高我们对界面现象的理解，从变温，磁性，电子能量损失谱分析，电子对称性和缺陷探测的角度。
2021-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Control of quality factor of atomic force microscopy cantilever by cavity optomechanical effect
提出在 Fabry-Pérot 干涉仪中利用双激光与光机械力调控 AFM 微悬臂品质因数的方法，可在不影响偏转灵敏度的情况下优化测量，并建模补偿热致频移。
2024-03-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
High speed nanotribology with quartz crystal resonators via Atomic Force Microscopy
在每秒数米范围内的摩擦力测量仍然很有意义。利用原子力显微镜（AFM）研究了谐振频率为3 MHz的石英晶体谐振器的振荡情况。振荡速度可达几米/秒。然后在石英晶体谐振器上制备的Fischer图形上进行摩擦测量。本文介绍了如何测量石英晶体谐振器的振荡速度和不同设计下的摩擦测量。详细讨论了标定方法和计算方法。虽然由于装置本身和振荡石英的影响，AFM测量中存在误差，这可能会极大地影响悬臂梁尖端的锋利度，但结果表明，振荡的局部摩擦系数高于无振荡的局部摩擦系数。
2013-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic force microscopy reconstruction of complex-shaped chiral plasmonic nanostructures
光学超材料现象的重要部分具有等离子体性质，并且它们的研究需要非常准确地了解制造的结构形状，重点关注周期性特征。我们描述了一个一致的方法来重建等离子体纳米结构的形状。这包括垂直和倾斜尖峰AFM探针的制造，AFM成像和特定的后处理。我们研究了一个复杂形状的手性超材料，并得出结论，所描述的后处理例程扩展了现有的反卷积算法的可能性，在已知的旋转对称的周期性结构的情况下，通过提供有价值的信息周期性功能。
2016-09-08 cond-mat.mes-hall physics.data-an
Dynamic Calibration of Higher Eigenmode Parameters of a Cantilever in Atomic Force Microscopy Using Tip-Surface Interactions
我们提出了一个理论框架的悬臂梁的高本征模参数（刚度和光杠杆响应）的动态校准。该方法是基于尖端表面力重建技术，不需要任何先验知识的本征模式的形状或特定形式的尖端表面相互作用。所提出的校准方法需要使用多模态驱动器的单点力测量，并且其精度与较高本征模的未知物理振幅无关。
2014-06-02 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Integrated silicon optomechanical transducers and their application in atomic force microscopy
本章介绍了基本的设计，模拟和制造全硅集成，波导耦合，光机械力和位移传感器。所有固定纳米光子组件与机械分离的可移动组件的全硅集成方法创造了独立设计这两个部件的机会，用于需要高精度，高带宽和小尺寸的各种MEMS和NEMS传感应用。用于静态和动态致动的致动器的进一步集成也是可能的。
2014-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analysing surface structures on (Ga,Mn)As by Atomic Force Microscopy
用原子力显微镜研究了高质量分子束外延生长的（Ga，Mn）As化合物的表面结构。研究了几种不同厚度和Mn浓度的样品以及几种（Ga，Mn）（As，P）样品。所有这些样品都显示出沿$[1\bar{1}0]$方向排列的周期性波纹的存在。从详细的傅立叶分析，我们已经估计了这些结构的周期（~50 nm）和振幅。
2011-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Enhancing sensitivity in atomic force microscopy for planar tip-on-chip probes
我们提出了一种新的方法，以音叉为基础的原子力显微镜利用先进的“尖芯片”探针具有高灵敏度和广泛的兼容性。通常，这种尺寸达到2 mm x 2 mm的芯片状探针会极大地干扰音叉的振荡，导致其内在力感测性能较差。因此，恢复初始振荡特性对于恢复高灵敏度是必要的。为此，我们开发了一种新的方法，包括三个基本步骤：音叉再平衡，改造持有人传感器固定，和电极重新配置。质量再平衡允许音叉恢复频率并重新获得高Q值，在空气中高达10E4，在超高真空条件下高达4 x 10E4。使用软线的浮动式保持器固定显著地减少了来自安装元件的能量耗散。与软导线相结合，重新配置的电极提供了对芯片状探针的电访问，而不会干预力感测信号。最后，我们易于实施的方法允许转换的原子力显微镜尖端从一个被动的工具，一个专用的微型设备具有扩展的功能。
2022-05-18 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Automated Structure Discovery in Atomic Force Microscopy
具有分子功能化针尖的原子力显微镜（AFM）已成为探测表面有机分子原子结构的主要实验技术。大多数实验已被限制到近平面的芳香族分子，由于与解释高度扭曲的AFM图像源自非平面分子的困难。在这里，我们开发了一个深度学习基础设施，将一组AFM图像与表征分子构型的唯一描述符相匹配，使我们能够直接预测分子结构。我们应用这种方法来解决几个不同的吸附配置的1 S-樟脑Cu（111）的基础上低温AFM测量。这种方法将打开大门，将高分辨率AFM应用于各种各样的系统，其中常规的原子和化学结构分辨率的水平上的个别对象/分子将是一个重大突破。
2019-12-09 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.ins-det
Multidimensional optomechanical cantilevers for high frequency atomic force microscopy
高频原子力显微镜通过对原子和分子结构的大带宽、高速测量实现了非凡的新科学。然而，传统的光学检测方案限制了悬臂梁的尺寸，从而限制了悬臂梁的频率，最终限制了实验的时间分辨率。在这里，我们展示了超过这些限制的低质量，高频率纳米机械杠杆（高达20 MHz）的光学机械检测，预计它们将用于单分子力测量。这些杠杆实现2 fm / sqrt（Hz）位移噪声基底，力灵敏度低至132 aN / sqrt（Hz）。此外，解决我们的悬臂梁的平面内和平面外运动的能力为超灵敏的多维力光谱学打开了大门，并且光机械相互作用，例如原位调整悬臂梁频率，为高速，高分辨率实验提供了新的机会。
2013-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
