Nanometer Scale Spectral Imaging of Quantum Emitters in Nanowires and Its Correlation to Their Atomically Resolved Structure
我们报告的光谱成像在紫外到可见光范围内的纳米尺度分辨率的紧密包装的GAN/AlN量子盘在单独的纳米线使用改进的定制阴极发光系统。我们证明了测量单个量子发射体的全光谱特征的可能性，这些发射体小至1 nm，彼此之间仅相隔几纳米，并且能够将它们的光学特性与它们的尺寸相关联，用原子分辨率测量。量子盘尺寸和发射波长之间的直接相关性提供了量子限制斯塔克效应的证据，该量子限制斯塔克效应导致厚于2.6 nm的盘的发射低于体GAN带隙。借助于模拟，我们表明，在所研究的量子盘的内部电场是小于预期的量子阱的情况下。我们显示了一个明确的分散的证据，不同的量子盘的发射波长相同的大小，但不同的位置沿导线。这种分散系统相关的AlN壳涂层的线的直径的变化，并因此归因于相关的应变沿线的变化。目前的工作开辟了道路的量子限制在紧密堆积的量子发射极的基础研究和表征的光电子器件呈现载流子局域化的纳米尺度。
2012-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous imaging of strain waves and induced magnetization dynamics at the nanometer scale
应变的变化可以用来改变晶体结构中的电子和磁性，操纵纳米颗粒和细胞，或控制化学反应。磁弹性（ME）效应--由磁性材料的弹性形变（应变）引起的磁特性的改变--已经被提出作为用于纳米元件的磁化状态的低功率控制的磁场的替代方法，因为它避免了引起欧姆损耗的充电电流。多铁性异质结构\cite{Zheng2004}和纳米复合材料已经利用这种效应来研究磁态的电控制，主要是在静态状态下。结合应变和磁化动力学的定量研究需要实际应用，到目前为止，一直缺乏高分辨率的技术。在这里，我们已经研究了动态应变伴随着表面声波的磁性纳米结构的效果。我们同时成像的时间演化的应变波和纳米结构的磁化动力学在皮秒的时间尺度。新开发的实验技术，基于X射线显微镜，是通用的，并提供了一个途径，在纳米级的应变诱导效应的研究。我们的研究结果提供了基本的洞察力在纳米结构的应变和磁化之间的耦合在皮秒的时间尺度，具有影响的应变控制的磁致伸缩纳米器件的设计。
2016-11-09 cond-mat.mes-hall
Magnetic resonance force microscopy with a one-dimensional resolution of 0.9 nanometers
磁共振力显微镜（MRFM）是一种扫描探针技术，能够从纳米级样品体积中检测MRI信号，为结构生物学和医学研究提供了改变范式的潜力。然而，到目前为止，实验还没有达到足够的空间分辨率，从样品中检索有意义的结构信息。在这项工作中，我们报告的MRFM成像扫描显示的分辨率为0.9 nm和0.6 nm的定位精度在一个维度。我们的进步是通过改进的自旋激发协议，为我们提供了清晰的空间控制MRFM成像切片，结合仪器稳定性的整体进步。从切片函数的建模，我们预计，我们的安排，支持空间分辨率下降到0.3 nm给定足够的信噪比。我们的实验证明了亚纳米MRI的可行性，并实现了对大分子结构的三维成像的重要里程碑。
2019-08-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Technical Review: Imaging weak magnetic field patterns on the nanometer-scale and its application to 2D materials
磁化和电流密度的纳米级成像是破译各种新的和知之甚少的凝聚态现象背后的机制的关键。最近发现的原子分层材料中的相关态，如扭曲的双层石墨烯或范德华异质结构是值得注意的例子。这些状态的表现形式从超导性到高度绝缘状态，再到磁性。它们的脆弱性和对空间不均匀性的敏感性限制了它们的宏观表现，并使传统的运输或磁化测量复杂化，这些测量在整个样品上进行积分。相反，用于以高空间分辨率成像弱磁场图案的技术通过测量由磁化和电流密度产生的局部场来克服不均匀性。这种成像技术已经显示了扭曲双层石墨烯中相关态对扭曲角无序的脆弱性，并揭示了量子霍尔边缘态中复杂的电流流动。在这里，我们回顾了最适合于此类系统的调查的最先进的技术，因为它们结合了最高的磁场灵敏度与最高的空间分辨率和微创：磁力显微镜，扫描超导量子干涉器件显微镜，扫描氮空位中心显微镜。我们比较这些技术的能力，他们所需的操作条件，并评估其适用性不同类型的源对比度，特别是磁化和电流密度。最后，我们重点介绍了改进每种技术的前景，并推测其潜在的影响，特别是在快速增长的二维（2D）材料领域。
2021-03-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Magnetic Resonance Lithography with Nanometer Resolution
提出了一种基于磁共振成像逆过程的超分辨光刻方法。该技术利用原子相干性的自旋系统的最终状态人口可以光学检测的系综。原则上，我们的方法是能够产生任意的一维和二维高分辨率图案与高对比度。
2015-05-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
FRET nanoscopy enables seamless imaging of molecular assemblies with sub-nanometer resolution
通过规避光学衍射极限，超分辨荧光显微镜使更大的细胞结构和分子组装的研究成为可能。然而，荧光纳米显微镜目前缺乏时空分辨率来解决单个分子的大小上的距离，并揭示分子复合物的构象精细结构和动力学。在这里，我们建立FRET纳米结合共定位STED显微镜与多参数FRET光谱。我们同时本地化的供体和受体染料的单个FRET对纳米分辨率和定量测量分子内的距离在一个大的动态范围内的亚纳米精度。虽然FRET提供各向同性的3D距离信息，共定位测量投影到图像平面上的距离。结合的信息使我们能够使用毕达哥拉斯定理直接确定其3D方向。研究两个DNA模型系统和人类鸟苷酸结合蛋白hGBP1，我们证明了FRET纳米显微镜揭示了它们在复杂环境中的空间组织和局部分子构象之间的相互作用。
2022-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.optics
Intermodulation spectroscopy as an alternative to pump-probe for the measurement of fast dynamics at the nanometer scale
我们提出了一种替代的方法，泵浦探测光谱测量快速电荷动力学与原子力显微镜（AFM）。我们的方法是基于机械驱动器和光或电激励之间的互调的相干多频锁定测量。响应于激发，通过将理论模型拟合到AFM悬臂梁的共振附近的静电力的测量频谱来重建样品的电荷动力学。我们讨论的时间分辨率，这在理论上是有限的，只由测量时间，但在实践中是一个纳秒的顺序为标准的杠杆和成像速度。我们验证了模拟的方法，并证明它与控制实验，实现了$20~\mathrm{ns}$的时间分辨率在环境条件下，热噪声的限制。
2018-09-21 cond-mat.mes-hall
Friction as Contrast Mechanism in Heterodyne Force Microscopy
在纳米尺度上对亚表面结构进行无损成像一直是科学和工业界长期以来的愿望。到目前为止，已经发表了一些令人印象深刻的图像，证明了将超声波与原子力显微镜相结合的一般可行性。从不同的激发方案，外差力显微镜似乎是最有前途的候选人提供最高的对比度和分辨率。然而，物理对比机制是未知的，从而阻止了对样品的任何定量分析。在这里，我们表明，在样品内的材料边界处的摩擦是负责的对比度的形成。这一结果是通过执行一个完整的定量分析，其中我们比较我们的实验观察到的对比与模拟和计算。令人惊讶的是，我们可以排除所有其他普遍认为的负责任的机制，如瑞利散射，样品（粘）弹性，超声尖端运动的阻尼，和超声衰减。我们的分析描述铺平了道路，定量亚表面AFM成像。
2016-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Magnetic resonance detection of individual proton spins using a quantum reporter network
我们展示了一种在环境条件下具有单个核自旋灵敏度的磁共振成像方法。它采用了一个孤立的电子自旋量子比特（量子比特）网络，作为高纯度钻石表面的量子报告者。报告自旋与纳米尺度的不确定性本地化，和他们的量子态相干操纵和测量光学通过一个近端氮空位（NV）色心位于几个纳米以下的金刚石表面。量子报告网络，然后用于传感，相干耦合和成像的钻石表面上的埃分辨率的个别质子自旋。这种方法可以使复杂分子的直接结构成像，不能从批量研究。它实现了一个新的平台，用于探测新材料，监测化学反应，并在量子水平上操纵表面上的复杂系统。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sliding friction and superlubricity of colloidal AFM probes coated by tribo-induced graphitic transfer layers
本研究利用胶体探针AFM探索石墨表面的滑动摩擦与超润滑现象，发现摩擦诱导的转移层使系统转变为低摩擦状态，其载荷驱动的粘滑到超润滑转变可由Prandtl-Tomlinson模型描述，且耗散随基底原子起伏增加而增大。
2024-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High contrast imaging and thickness determination of graphene with in-column secondary electron microscopy
我们报告了一种新的方法，用于定量估计石墨烯层的厚度使用高对比度成像的石墨烯膜的绝缘基板上的扫描电子显微镜。通过用柱内低能电子检测器检测从衬底发射的次级电子的衰减，我们已经实现了非常高的厚度依赖对比度，其允许定量估计多达几个石墨烯层的厚度。电子显微照片的纳米级空间分辨率还允许石墨烯的简单结构表征方案，其已被应用于识别大面积化学气相沉积石墨烯中多层生长的断层、褶皱、空隙和补丁。我们详细讨论了不同表面电荷和电子束感应电流等因素对石墨烯图像对比度的影响。
2012-03-27 cond-mat.mes-hall
Stray-field imaging of magnetic vortices with a single diamond spin
尽管在磁成像方面取得了数十年的进展，但以纳米尺度的空间分辨率获得直接的定量信息仍然是一个突出的挑战。最近，出现了一种新的技术，利用金刚石中的单个氮空位（NV）缺陷作为原子大小的磁力计。虽然NV磁测量法在磁成像方面有重大进展，但该技术在应用于现实的磁性纳米结构时的有效性仍有待证明。在这里，我们使用扫描NV磁力计对磁涡旋进行成像，由于涡旋核心的尺寸很小（约10 nm），磁涡旋是纳米磁性中最具标志性的对象之一。我们报告的杂散磁场的三维，矢量和定量测量的涡流发射的铁磁方点，包括检测的涡核。我们发现良好的协议与微磁模拟，无论是规则的涡旋结构和高阶磁化状态。这些实验建立了扫描NV磁强计作为一个实用的和独特的工具，在纳米磁学的基础研究。
2013-09-05 cond-mat.mes-hall
Pairs of Gold Electrodes with Nanometer Separation Performed over SiO$_2$ Substrates with a Molecular Adhesion Monolayer
通过电迁移诱导断裂结（EIBJ）技术在室温下实现了具有纳米间隔（纳米间隙）的电极对。光刻限定的金（Au）线通过电子束蒸发在用（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷（MPTMS）硅烷化的氧化物涂覆的硅衬底上形成，然后在室温下经受电迁移以在两个新形成的Au电极之间产生纳米尺度的间隙。在SiO $_2$表面的Si-O-Si共价键和在顶部蒸发的Au侧的Au-硫（Au-S）键使得MPTMS作为SiO $_2$和Au之间的有效粘附单层。虽然Au线最初为2 $μ$ m宽，但在断裂并通过场效应扫描电子显微镜（FESEM）成像后观察到长度为$\sim$ 1 nm和宽度为$\sim$ 5 nm的间隙。该技术消除了在断开金线之后在粘附层中存在的任何残留金属互连（用于在SiO $_2$上沉积Au的铬或钛），并且其比需要在4.2 K下执行的常用低温EIBJ技术容易实现得多。在分子两端具有对称金属-分子接触的金属-分子-金属结构通过在EIBJ产生的Au电极之间形成具有纳米间隔的-二硫醇分子的自组装单层来制造。通过单分子的1，4-苯二甲乙烷（XYL）的导电性进行了测试，使用Au/XYL/Au结构与化学吸附的金-硫（Au-S）耦合在两个接触。
2005-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sub-nanometer depth resolution and single dopant visualization achieved by tilt-coupled multislice electron ptychography
提出倾斜耦合多层电子叠层成像算法，用少量小角度投影实现亚纳米深度分辨率与单个掺杂原子三维可视化。
2024-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic force sensing using a self-assembled nanowire
提出了一种基于分子束外延生长的单根磁性GaAs纳米线（NW）的扫描式磁力传感器。其磁性尖端由通过液体Ga催化剂液滴的顺序结晶形成的单晶MnAs的最后部分组成。我们通过测量它们在外加磁场中的弯曲机械响应来表征这种纳米线的机械和磁性。与数值模拟的比较，可以识别其平衡磁化配置，在某些情况下，其中包括磁涡流。为了确定NW作为磁扫描探头的性能，我们测量其对光刻图案化载流导线的场分布的响应。纳米线的微小尖端和它们的高力敏感性使它们有希望在纳米尺度上成像弱磁场图案，如映射介观输运和自旋纹理或纳米尺度磁共振所需。
2018-10-25 cond-mat.mes-hall
Simple approach for high-contrast optical imaging and characterization of graphene-based sheets
提出了一种简单的光学方法，用于识别和测量纳米厚的石墨烯基材料的有效光学特性，基于使用由硅上的薄介电层组成的衬底。通过选择适当的光学性质和介电层的厚度，获得石墨烯基材料和基底之间的高对比度。通过对比预测值和实测值，得到了氧化石墨烯、热还原氧化石墨烯和石墨烯的有效折射率和光吸收系数。
2007-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Solid lubrication by wet-transferred solution-processed graphene flakes: dissipation mechanisms and superlubricity in mesoscale contacts
本研究利用胶体探针原子力显微镜探讨溶液处理石墨烯片在介观接触中的摩擦性能，发现湿转移形成非均匀涂层导致黏滑耗散，并基于热激活Prandtl-Tomlinson模型全面解释了不同材料基底和滑动状态下的摩擦实验。
2023-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanogaps by direct lithography for high-resolution imaging and electronic characterization of nanostructures
我们报道了一种直接用电子束光刻（EBL）制作纳米间隙的方法。EBL的主要分辨率限制，电子背散射，显着降低通过使用薄膜作为衬底。我们表明，这种分辨率的提高，使人们能够制造金属电极与分离从任意大到1纳米以下。此外，因为这些纳米间隙在薄膜上，所以它们可以用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）成像。使用这些纳米间隙，我们测量了通过几个耦合的PbSe纳米晶体的电荷传输，并将数据与通过在同一设备上进行HRTEM获得的详细结构信息相关联。
2005-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fast, high-resolution surface potential measurements in air with heterodyne Kelvin probe force microscopy
开尔文探针力显微镜（KPFM）采用原子力显微镜在纳米尺度上测量表面的电势。在这里，我们证明，外差KPFM使扫描速率的几帧每分钟在空气中，并同时保持空间分辨率和电压灵敏度相媲美的调频KPFM，目前的空间分辨率标准。两个常见的类的地形耦合文物被证明是可以避免的H-KPFM。还介绍了H-KPFM的第二种实现方式，其中通过第一悬臂梁谐振放大电压信号以增强灵敏度。H-KPFM的增强的时间分辨率可以实现许多动态过程的成像，例如电致变色切换、相变和器件退化（电池、太阳能等），其发生在数秒至数分钟内，并且涉及纳米长度的电势变化。
2016-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
3D-imaging of Printed Nanostructured Networks using High-resolution FIB-SEM Nanotomography
溶液加工纳米材料网络对于电子、传感和能源储存/发电的多种应用非常重要。虽然已知网络形态在确定印刷网络的物理性质中起主导作用，但仍然难以量化网络结构。在这里，我们利用FIB-SEM纳米断层扫描来观察纳米结构网络的形态。从各种尺寸的石墨烯纳米片的印刷网络以及WS 2纳米片、银纳米片和银纳米线的网络获得纳米分辨率的3D图像。提取了重要的形态特征，包括网络孔隙率、曲折度、孔尺寸和纳米片取向，并将其与网络电阻率联系起来。通过扩展这种技术来询问垂直印刷异质叠层内的结构和界面，我们展示了这种技术的潜力，用于器件表征和优化。
2023-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
