Inverted-Mode Scanning Tunneling Microscopy for Atomically Precise Fabrication
CBN Nano Technologies Inc.（CBN纳米技术有限公司）
倒置模式STM通过机械控制化学反应，实现原子级精确制造，展示了可扩展的制造新方法。
2025-12-30 cond-mat.mes-hall
Entropy controlled fully reversible nanostructure formation of Ge on miscut vicinal Si (001) surfaces
熵效应显著地改变了邻位Si（001）表面自组装Ge纳米结构的生长。如变温扫描隧道显微镜所示，这导致了新型的一维纳米结构，不仅在尺寸和形状上可调，而且可以完全可逆地擦除和重新形成，而不会改变最终的尺寸和形状。这种独特的行为是由邻位表面的大阶跃熵引起的自由表面能重整化引起的。在热力学平衡中，这有利于在较高温度下形成平面2D表面，其中纳米结构化表面是优选的低温配置。考虑到步骤熵，临界相变温度是由自由能计算得出，并示出规模与Ge覆盖率接近线性，与实验非常吻合。由于自限性，纳米线的尺寸仅由Ge覆盖度和邻位角控制，与生长或退火条件完全无关。因此，获得了具有可调几何形状的高度可再现的纳米结构。这为实际器件应用的可控纳米结构形成开辟了新的途径。
2020-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Z3 Charge Density Wave of Silicon Atomic Chains on a Vicinal Silicon Surface
在Au修饰的邻位硅表面上，沿原子链形成了理想的一维电子系统，但其低温相的性质在过去的二十年里一直是个谜。在这里，我们毫不含糊地确定使用高分辨率原子力显微镜和扫描隧道显微镜的低温结构变形的表面。这个表面的最重要的结构成分，台阶边缘硅链被发现是强烈的屈曲，每三个原子下来，形成三聚体晶胞。这一观察结果与最近的重新杂交悬挂键模型一致，并排除了之前提出的反铁磁自旋有序。的光谱和电子结构计算表明一个电荷密度波绝缘体与Z3拓扑结构，使其有可能利用拓扑相位和激发。Tunneling电流被发现大大降低了三个简并CDW态之间的能量势垒，这在很低的温度下诱导动态波动的CDW。
2022-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorbate-induced Restructuring of Pb mesas Grown on Vicinal Si(111) in the Quantum Regime
使用扫描隧道显微镜和光谱学，我们证明，微量的Cs吸附在量子制度中生长的Pb台面上可以引起台面的急剧形态变化，其特征在于在台面顶部出现人口众多的单原子层高的Pb纳米岛。Pb纳米岛的边缘用Cs吸附原子装饰，并且纳米岛优先在台面的量子力学不稳定区域上成核和生长。密度泛函理论中的第一性原理计算表明，当Cs原子合金化到Pb台面的顶层时，形成这些纳米岛的Pb原子被吸附的Cs原子通过动力学可及的位置交换过程排出。
2009-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity of Atomically Thin WSe2 via Laterally Excited Scanning Probe Microscopy
奇数层二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMD）如WSe 2的晶格是非中心对称的，因此可以具有线性压电性，这对于诸如纳米机电系统（NEMS）和纳米发电机的应用是有吸引力的。然而，测量2D TMD的机电耦合是相当具有挑战性的，因为其D3 h点群对称性使得传统的压电响应力显微镜（PFM）不适用。在这里，我们开发了一种横向激励扫描探针显微镜（SPM）技术，使映射的压电响应原子级薄WSe 2直接在基板上具有高的空间分辨率。平面电极用于激发压电振动，同时对WSe 2施加各向异性面内机械约束，导致由于泊松效应而产生的面外变形，该面外变形可以通过SPM探针测量。使用这种技术，我们表明，WSe 2单层和三层表现出较强的机电响应线性所施加的激励偏置，是从基板不同，而WSe 2双层显示可忽略不计的机电响应预期。的有效压电系数估计为5.2 pm/V的测量，与理论预测一致。该方法可以方便地应用于具有相似对称性的各种二维材料。
2018-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Period-dependent suppression of Fourier peaks for topography images: Analysis of periodicity of triple-step arrays on vicinal Si(h h m) surfaces
Institute for Physics of Microstructures Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院微观结构物理研究所）；Center for Advanced Mesoscience and Nanotechnology, Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院先进介观科学与纳米技术中心）；Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod（下诺夫哥罗德罗巴切夫斯基国立大学）；Osipyan Institute of Solid State Physics Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院奥西皮扬固体物理研究所）；National Research University Higher School of Economics (HSE University)（国立高等经济大学）
研究高米勒指数近邻表面多原子台阶周期性确定难题，通过高斯差分法从原始扫描隧道显微镜数据确定近邻Si(5\,5\,6)和Si(5 5 7)单晶晶片上三步阵列周期，精度接近原子间距离，还可用于其他近邻表面分析。
2026-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically resolved probe-type scanning tunneling microscope for use in harsh vibrational cryogen-free superconducting magnet
我们提出了一个探针型扫描隧道显微镜（STM）的原子分辨率，被设计为直接插入和工作在一个苛刻的振动无低温超导磁体系统。当在磁体中安装商用可变温度插入件（VTI）并且STM又容纳在VTI中时，可以实现1.6K的最低温度，其中STM仍然运行良好。在脉冲管制冷机（PTC）冷却的8 T超导磁体上进行了实验，获得了石墨和NiSe_2在其临界温度附近的原子旋转像以及后者的扫描隧道谱（STS，即dI/dV谱）数据，显示了超导能隙随温度变化的形成过程。在1.6K时，STM在X-Y平面和Z方向的漂移速率分别为1.15和1.71 μ m/min。对隧穿电流的噪声分析表明，主峰（6.84和10.25Hz）的幅度很低。这一点很重要，因为无冷冻剂的磁体系统长期以来被认为对任何原子分辨率测量都过于苛刻。
2018-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.ins-det
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
Unraveling the electronic structure of narrow atomically-precise chiral graphene nanoribbons
基于石墨烯纳米带的研究的最新进展已经证明了使用表面化学的策略以原子精度控制合成手性石墨烯纳米带（cGNR）。然而，它们的电子特性，包括典型的品质因数，如带隙或前沿带的有效质量，尚未报道。在这项工作中，我们提供了在Au（111）上的（3，1）-cGNRs的详细表征。利用扫描隧道显微镜和光谱、角分辨光电子能谱和密度泛函理论分析了带的结构、外延和电子能带结构。
2017-12-18 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
Autonomous Scanning Probe Microscopy in-situ Tip Conditioning through Machine Learning
原子尺度的表征和操作与扫描探针显微镜依赖于使用原子尖锐的探针。在这里，我们提出了基于机器学习的自动化方法来自动检测和修复扫描隧道显微镜探针的质量。作为一个模型系统，我们采用这些技术在技术上相关的氢封端的硅表面，训练网络识别异常的表面悬挂键的外观。在测试的机器学习方法中，卷积神经网络的准确率最高，在97%的测试案例中实现了对降级提示的积极识别。通过采用多点比较和多数表决，该方法的准确性提高到99%以上。这里描述的方法可以很容易地推广到其他材料系统和纳米成像技术。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall
Direct writing of heterostructures in single atomically precise graphene nanoribbons
界面结构和电子性质的精确控制是实现功能异质结构的关键。在这里，利用扫描隧道显微镜（STM）作为操作和表征工具，我们展示了在一个原子级精确的石墨烯纳米颗粒（GNR）的异质结构的制造，并报告其电子性质。该异质结构由七碳宽的扶手椅型GNR和从分子前体在Au衬底上自下而上合成的较低带隙中间带制成。短的GNR段直接写入带与STM针尖，形成原子精度intrarithmic异质结构。基于STM研究结合密度泛函理论计算，我们表明，异质结构具有I型能带排列，量子限制和轨道杂化的表现。我们的发现证明了一种可行的策略，以创建一个双势垒量子点结构与原子精度的新功能，如负微分电阻器件在GNR为基础的纳米电子学。
2018-10-22 cond-mat.mes-hall
Bandgap Measurement of Reduced Graphene Oxide Monolayers through Scanning Tunnelling Spectroscopy
最流行的原子级薄碳材料，称为石墨烯，没有带隙，石墨烯的这种特殊性质使其在纳米晶体管器件方面的应用较少。如果通过化学途径合成石墨烯，则可以在石墨烯中引入带隙。首先，制备氧化石墨烯（GO），其进一步进行还原并变成还原氧化石墨烯（RGO）。利用扫描隧道光谱（STS）研究了单层还原氧化石墨烯（RGO）的能带结构。GO片为1-1.2 nm厚，并且在还原后变得更薄。发现GO的带隙在0.8eV的范围内。RGO显示出多种能带结构。RGO开辟了一个新的研究领域，原子级薄的碳层，因为它具有非零的带隙，而不是石墨烯的情况。
2019-11-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
All-optical lithography process for contacting atomically-precise devices
我们描述了一种全光学光刻工艺，可用于使用扫描隧道显微镜（STM）在硅中制造的原子精度施主器件的电接触。这是通过在STM中实施清洁程序来实现的，该清洁程序允许在晶片级集成金属对准标记和离子注入触点。图案化器件的低温传输测量建立了该过程的可行性。
2017-08-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Atomic-scale manipulation and in situ characterization with scanning tunneling microscopy
扫描隧道显微镜（STM）为纳米科学和纳米技术提供了一种革命性的方法。它可以成像表面的形貌，绘制电子态密度的分布，并操纵单个原子和分子，所有这些都在原子分辨率下。特别是，原子操纵能力已经从制造单个纳米结构发展到自下而上可规模化生产原子大小的器件。精确合成和原子精确结构的原位表征的组合使得能够直接可视化许多量子现象和具有实时反馈的量子器件功能的快速原理验证测试，以指导改进的合成。在这篇文章中，几个有代表性的例子来展示原子尺度操纵的最新发展。重点介绍了通过精确控制原子结构来设计量子特性的研究进展。除了传统的STM操作和电子结构表征与单探针STM，集成多个原子精确控制的探针在多探针STM系统大大扩展了原位表征的能力，以一个新的维度，可以检查从介观到原子长度尺度的电荷和自旋输运行为。原子尺度操作的自动化以及与成熟的光刻工艺的集成将进一步将这种自下而上的方法推向一个新的水平，该水平结合了可重复制造，非凡的可编程性以及生产大规模量子结构阵列的能力。
2019-05-23 cond-mat.mes-hall
Electronic Band Dispersion of Graphene Nanoribbons via Fourier-Transformed Scanning Tunneling Spectroscopy
用扫描隧道谱（STS）研究了Au（111）衬底上原子精确的扶手椅型石墨烯纳米带（7-AGNR），宽度为$N=7$.通过对有限长带的能量依赖型驻波模式的分析，利用傅里叶变换，可以直接得到前线电子态的色散关系。借助密度泛函理论计算，我们将态分配到7-AGNR的价带、导带和下一个空带，分别确定了$0.42\pm 0.08\,m_e$、$0.40\pm 0.18\,m_e$和$0.20\pm 0.03\,m_e$的有效质量，以及$2.37\pm 0.06$ eV的带隙.
2014-12-05 cond-mat.mes-hall
Electronic Density of States of Atomically Resolved Single-Walled Carbon Nanotubes: Van Hove Singularities and End States
用扫描隧道显微镜研究了原子分辨单壁碳纳米管的电子态密度。由于一维纳米管能带结构的态密度的峰值已被表征，并与紧束缚计算的结果进行了比较。此外，隧道光谱测量记录沿轴的原子分辨纳米管表现出新的，低能量峰的状态密度附近的管端。计算表明，这些特征来自于封闭纳米管末端的碳原子的特定排列。
1998-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Atomically resolved electron reflectivity at a metal/semiconductor interface
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Peking University（北京大学）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
该研究通过MBE制备原子级平整的Al/Ge界面，利用STM观测到界面电子反射率在横向2纳米内变化达24%，归因于局域电子态，提供了一种非破坏性检测埋藏界面态的方法。
2025-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic scale variation of electron tunneling into a Luttinger liquid ? : High resolution scanning tunneling spectroscopy study on Au/Ge(001)
Ge（001）表面的Au诱导原子线最近被认为是一种理想的一维金属，它们的隧穿谱被分析为Tomonaga-Luttinger液体（TLL）态的表现。我们重新调查这个系统的原子有序的表面区域与高分辨率扫描隧道显微镜和光谱（STS）。局部态密度图没有提供任何证据表明金属一维电子通道沿导线。此外，费米能级附近的原子分辨隧穿谱主要由局域态密度特征决定，定性地偏离幂律行为。另一方面，缺陷强烈影响费米能级附近的隧道谱。这些结果不支持该系统的TLL状态的可能性。对于TLL态的STS研究，需要一个具有良好定义的一维能带且没有缺陷的一维金属系统。
2014-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Design of Atomically Precise Nanoscale Negative Differential Resistance Devices
将器件尺寸缩小到纳米范围对传统器件设计提出了重大挑战，这是由于纳米级尺寸上的潜在电流泄漏以及在处理原子级组件时保持再现性的需要。在这里，我们研究基于原子级精确的石墨烯纳米带的负微分电阻（NDR）器件。传统的双势垒共振隧穿二极管NDR结构的计算评估揭示了原子尺度上的重要问题，即需要在实现高峰值电流的同时最大限度地减少引线之间的隧穿电流。我们提出了一种新的器件结构，包括多个短段，使高电流的电子水平跨段对齐，同时扩大引线之间的隧穿距离。建议的结构可以建立与原子精度使用扫描隧道显微镜（STM）的尖端在合成扶手椅纳米粒子的中间阶段。还提出了在界面处的带对准的实验评估和所制造的器件的有源部分的STM图像。这种理论与实验相结合的方法为设计具有原子精度的纳米级器件开辟了新的途径。
2018-10-19 cond-mat.mes-hall
Energy dispersive X-ray spectroscopy of atomically thin semiconductors
我们报告的实施能量色散X射线光谱的层状半导体的形式原子薄的过渡金属二硫属化物。该技术是基于扫描电子显微镜配备了硅漂移检测器的能量色散X射线分析。通过优化数值模拟和实验中的操作参数，我们实现了几层晶体的层分辨灵敏度下降到单层极限，并展示了过渡金属二硫属化物的垂直和横向异质双层中的元素组成分布。该技术可以直接应用于其他层状二维材料和范德华异质结构，从而扩展了实验工具箱，用于定量表征原子薄材料和器件的层数，原子组成或合金梯度。
2022-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic transport of Josephson vortices in atomic-layer superconductors on vicinal surfaces
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Hokkaido University（北海道大学）；National Institute of Science Education and Research（国家科学教育与研究机构）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴哈国家研究所）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
该研究针对邻晶面原子层超导体Si(111)-($\sqrt{7}\times\sqrt{3}$)-In，观测到约瑟夫森涡旋的各向异性输运，揭示其在不同温度磁场下的输运机制，构建了$B$-$T$相图。
2026-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Engineered electronic states in atomically precise artificial lattices and graphene nanoribbons
制备具有设计电子性质的原子级精确结构是凝聚态物理的新兴课题之一。所需的结构控制水平可以通过使用扫描隧道显微镜（STM）的尖端进行原子操作或通过自下而上的化学合成来达到。在这篇综述中，我们重点介绍了在构建新型的，原子级精确的人工材料的最新进展：人工晶格通过原子操纵和石墨烯纳米带（GNRs）实现的表面合成。我们总结了所需的理论背景和最新的实验在人工晶格，一维晶格中的拓扑状态，石墨烯纳米带和石墨烯纳米异质结的实验，和石墨烯纳米带中的拓扑状态。最后，我们总结了我们的评论与展望设计量子材料与工程电子结构。
2019-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically Resolved Observation of Continuous Interfaces between As-grown MoS2 Monolayer and WS2/MoS2 Heterobilayer on SiO2
通过化学气相沉积（CVD）方法合成的范德华（vdW）异质结构允许产生和调整二维（2D）材料的有趣的电子和光学性质，其知识对于广泛的潜在应用是至关重要的。在这里，我们报告我们的扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS）研究生长的二硫化钼单层和WS 2/MoS 2异质双层二氧化硅。异质双层比MoS 2单层更光滑，前者的均方根（RMS）粗糙度为0.230 ± 0.021 nm，后者为0.329 ± 0.033 nm。据我们所知，这是第一次，我们直接观察到一个连续的界面之间的二硫化钼单层和顶层的异质双层原子分辨率。这一发现与先前报道的异质双分子层顶层的开放边缘形成对比。我们的STS结果和密度泛函理论（DFT）计算揭示了异质双层和二硫化钼单层的带隙。
2018-04-24 cond-mat.mes-hall
Periodic surface modulation of $(LaSe)_{1.14}(NbSe_2)$ observed by scanning tunneling microscopy
傅立叶变换的原子分辨STM形貌的$(LaSe)_{1.14}(NbSe_2)$揭示了沿六方表面晶格的$NbSe_2$层的表面调制，但具有两倍大的周期。我们将其与在应变下在普通$NbSe_2$上发现的修改的电荷密度波进行比较。
2020-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
How cold is the junction of a millikelvin scanning tunnelling microscope?
本文通过ADR冷却的毫开尔文STM对超导Al(100)表面进行STS测量，证明结区温度与环境温度解耦，并确定最低结区温度为77 mK。
2022-10-21 cond-mat.mes-hall
Planar bridging an atomically precise surface trench with a single molecular wire on an Au(111) surface
在桥配置中，单个石墨烯纳米颗粒（GNR）以皮米精度定位在Au（111）表面上的两个单原子台阶之间的沟槽上。该GNR分子线在两个接触台阶边缘之间采用朝向下平台的变形构象。使用微分电导dI/dV映射从低温扫描隧道显微镜，它演示了如何沿GNR的电子离域在每个触点切割其向下弯曲。它指出需要将导电纳米接触带至支撑体的背面以保持正面GNR平面构象。
2022-10-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Intrinsic superstructure near atomically clean armchair-type step edge of graphite
用扫描隧道显微镜和能谱研究了单原子扶手椅台阶边缘附近石墨表面的电子超结构。只有（$\sqrt{3}\times\sqrt{3}$）$\textit{R}$ 30 $^{\circ}$超结构在原子级清洁的扶手椅边缘附近可见，而蜂窝状超结构不存在。干净的扶手椅边缘附近的光谱映射清楚地揭示了台阶边缘两侧的（$\sqrt{3}\times\sqrt{3}$）$\textit{R}$ 30 $^{\circ}$超结构。我们还观察到了（$\sqrt{3}\times\sqrt{3}$）$\textit{R}$ 30 $^{\circ}$和蜂窝状超结构的混合物，其靠近结构上有缺陷的扶手椅边缘。我们的研究结果表明，蜂窝状超结构图案是由两套不同相的（$\sqrt{3}\times\sqrt{3}$）$\textit{R}$ 30 $^{\circ}$超结构叠加而成的。我们的观察解决了先前研究报告的两种类型的超结构共存的奥秘。
2019-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Tuneable topological domain wall states in engineered atomic chains
一维和二维系统中的拓扑模式已经被提出用于许多应用，利用其奇异的电子响应。零能量、拓扑保护的端模可以在Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型中实现，该模型已经在原子尺度固态结构和超冷原子气体中实验实现。虽然SSH模型中的边缘模式正好处于中间带隙能量，但其他典型的1D模型（如三聚体和耦合二聚体链）具有非零能量边界状态。然而，这些链还没有实现在一个原子可调的系统，将允许显式控制的边缘模式。在这里，我们展示了原子控制的三聚体和耦合的二聚体链实现使用的c $(2\times2)$吸附层上的Cu（100）的氯空位。该系统允许宽调谐的畴壁模式，我们实验证明使用低温扫描隧道显微镜（STM）。在未来，这些模式可能被用来实现定义良好的分数电荷态或在具有原子定义良好的几何结构的奇异量子器件中找到应用。
2019-10-26 cond-mat.mes-hall
Towards atomically precise manipulation of 2D nanostructures in the electron microscope
尽管经过了几十年的研究，纳米技术的最终目标--自上而下地操纵单个原子--已经直接通过一种技术实现了：扫描探针显微镜。在这篇综述中，我们证明了扫描透射电子显微镜（STEM）是新兴的直接组装纳米结构的替代方法，在等离子体，量子技术和材料科学的可能应用。用STEM进行原子级精确操作依赖于仪器的最新进展，这些仪器能够在较低的电子能量下实现非破坏性原子分辨率成像。虽然高能电子的动量转移通常导致原子喷射，但当可转移的动能与材料中的键强度相当时，可以诱导有趣的动力学。在这种机制下操作，最近的实验已经揭示了使用埃大小的电子束进行单原子操纵的潜力。然而，为了真正实现控制，通过精确的动力学模拟来理解相关的原子尺度现象至关重要。虽然最近使用密度泛函理论分子动力学已经实现了石墨烯原子位移的特定情况下的实验和理论之间的良好一致性，但在许多其他情况下，定量准确性仍然是一个挑战。我们提供了一个全面的重新分析现有的实验数据，光束驱动的动力学在光的最先进的模拟，并确定重要的改进目标。总的来说，现代电子显微镜具有成为原子级制造平台的巨大潜力，特别是对于共价键合的2D纳米结构。我们回顾了使这成为可能的发展，认为石墨烯是一种理想的起始材料，并评估了未来的主要挑战。
2017-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Synthesis and characterization of atomically-thin graphite films on a silicon carbide substrate
本文报道了石墨薄膜的合成和详细表征，通过热分解的6 H-SiC晶片的（0001）面，证明了单晶薄膜的成功生长到大约一个石墨烯层。生长和表征在超高真空（UHV）条件下进行。用低能电子衍射监测生长过程和样品质量，用芯能级x射线光电子能谱学测定样品厚度。高分辨率角分辨光电子能谱显示恒定的能量图模式，这是非常尖锐和充分的动量分辨，但分辨率不受限制。我们讨论了扫描电子显微镜数据，以及与以前的研究，这一观察的影响。
2006-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of surface defects and few-atomic steps on the local density of states of the atomically-clean surface of topological insulator Bi$_2$Se$_3$
本文报道了拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$的原子级洁净（111）表面的超高真空低温扫描隧道显微镜（STM）和光谱（STS）研究结果。我们观察到几种类型的新的亚表面缺陷，其位置和电荷对应于生长的晶体的p型导电。热电效应的符号也指示p型传导。STM和STS测量表明，化学势总是位于体带隙内。我们还观察到在研究表面的五重层台阶附近的局部态密度的变化。这种变化对应于狄拉克锥位置的移动或台阶边缘附近的化学势的移动。
2014-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Plasma etching of superconducting Niobium tips for scanning tunneling microscopy
我们报告了一种可重复的技术，用于制造尖锐的超导铌尖端的扫描隧道显微镜（STM）和扫描隧道光谱。在反应离子蚀刻器中的SF $_6$等离子体中干法蚀刻具有250 $μ$ m直径的Nb线的部分。选择气体压力、蚀刻时间和施加的功率以产生自锐化效应，从而获得期望的尖端形状。所得到的针尖具有原子级的尖锐性，半径小于100 nm，并且在30 mK至9 K的温度范围内对Au（111）、Au（100）和Nb（100）的单晶样品以及掺杂的拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$产生良好的STM图像和光谱。
2014-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Time-Resolved Single Dopant Charge Dynamics in Silicon
随着半导体器件的最终小型化的临近，必须澄清单一掺杂剂的影响。除了提供对传统设备的功能和局限性的洞察之外，这些信息还能够识别新的设备概念。研究单一掺杂剂需要亚纳米的空间分辨率，使扫描隧道显微镜成为理想的工具。然而，掺杂剂动力学涉及发生在纳秒时间尺度的过程，对实验构成了重大挑战。在这里，我们使用时间分辨扫描隧道显微镜和光谱探测和研究运输通过硅上的悬挂键之前，系统放松或调整，以适应所施加的电场。原子分辨，电子泵探测扫描隧道显微镜允许前所未有的，定量测量时间分辨单掺杂剂电离动力学。通过表面悬挂键的隧道使得测量信号变得可行，否则信号太弱而无法检测。测量单个掺杂剂的不同电离和中和速率，并确定控制这些速率的物理过程。
2016-10-26 cond-mat.mes-hall
Tip-induced excitonic luminescence nanoscopy of an atomically-resolved van der Waals heterostructure
利用低温扫描隧道显微镜以原子级分辨率探测范德华异质结构的本征发光，揭示了激子发射随纳米环境变化的规律，为原子尺度理解与控制莫尔超晶格光电现象奠定基础。
2022-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Versatile scanning tunneling microscopy with 120ps time resolution
我们描述了一个完全超高真空兼容的扫描隧道显微镜（STM）的射频信号优化。它包括适用于高频布线的现场可更换尖端和标准样品架，可用于STM通常研究的所有样品。我们证明了120 ps的时间分辨率使用的非线性I（V）-高度取向的热解石墨表面的特性。我们提供了原子分辨图像的脉冲模式相关的一个空间变化的非线性的局部态密度的样品，从而证明了可能的空间分辨率的仪器在脉冲模式。噪声的分析表明，50 pA的隧道结的变化是动态检测在120 ps的时间分辨率。
2013-02-26 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Generating nanoscale and atomically-sharp p-n junctions in graphene via monolayer-vacancy-island engineering of Cu surface
在石墨烯单层膜中建立高质量的pn结对于研究无质量狄拉克费米子的许多奇异现象至关重要。然而，即使石墨烯技术的快速发展超过十年，在石墨烯中产生纳米级和原子级尖锐的pn结仍然明显困难。在这里，我们采用铜表面的单层-空位-岛工程来实现纳米级pn结与石墨烯单层原子尖锐的边界。石墨烯-Cu分离在Cu单层-空位-岛的边缘周围的变化影响石墨烯中的狄拉克点的位置，这因此导致石墨烯中具有高达660 meV的高度的原子尖锐的pn结。所产生的尖锐pn结将Cu单层-空位-岛上方的石墨烯隔离为连续石墨烯片中的纳米级石墨烯量子点（GQD）。无质量的狄拉克费米子被限制在pn结中一段有限的时间，在量子点中形成准束缚态。利用扫描隧道显微镜观察了不同尺寸GQD中准束缚态的共振现象，直观地观察了GQD的几何结构对准束缚态量子干涉图样的影响，为在原子尺度上测试基于石墨烯的量子电子光学奠定了基础。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface structures of tellurium on Si(111)-(7x7) studied by low-energy electron diffraction and scanning tunneling microscopy
本研究利用LEED和STM探究Si(111)-(7×7)表面碲缓冲层的形成，揭示不同衬底温度下的表面结构演变，为范德华材料外延模板的构建提供实验依据。
2018-10-12 cond-mat.mes-hall
A survey of fractured SrTiO$_3$ surfaces: from the micro-meter to nano-meter scale
利用截面扫描隧道显微镜来研究断裂的钙钛矿氧化物表面。发现对于不可裂解的钙钛矿氧化物SrTiO $_{3}$，可以用受控的断裂过程常规地产生原子级平坦的阶地。光学和扫描电子显微镜以及轮廓仪被用来获得从亚毫米到亚微米尺度的断裂表面形貌的信息。
2010-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Ultra-long-range spin coupling in graphene revealed by atomically resolved spin excitations
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL)（国际伊比利亚纳米技术实验室）；Universidade do Minho（米尼奥大学）；Universidade de Santiago de Compostela（圣地亚哥-德孔波斯特拉大学）；University of Hamburg（汉堡大学）；Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS, Institut Néel（法国国家科学研究中心，内耳研究所）
本文利用扫描隧道显微镜和非弹性电子隧道谱研究石墨烯上氢原子吸附引入的自旋-1/2，发现超过10 nm间距仍存在3 meV交换耦合，并通过原子操控在三聚体中观测到集体自旋激发。
2025-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An atomically thin oxide layer on the elemental superconductor Ta(001) surface
近年来，钽表面Ta（001）-p（3 $\times$ 3）-O的氧重构作为Majorana物理在吸附原子链中的潜在平台受到了广泛关注。使用扫描隧道显微镜和光谱学的实验研究发现，丰富的原子和电子结构已经为清洁的Ta（001）-O表面，我们在这里结合$ab~initio$方法。我们发现两个亚稳态的超结构在不同的地形图案的根，讨论其出现在退火过程中，并确定的电子性质。后者被确定为在正偏压下看到的对比度反转的唯一来源。观察到的效果基本上是连接到两个不同的氧状态出现在不同的几何形状的表面上。在模拟中通过引入氧空位发现了第二种超结构，这在五氧化二钽系统中也观察到了。此外，我们还研究了氧化表面上的电荷分布，并强调其对可极化原子和分子吸附过程的重要性。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic evidence for spin-polarized edge states in graphitic Si nanowires
Si（553）-Au表面上的台阶边缘在低温下经历1 × 3重构，这最近被理论上解释为在该邻近表面上的石墨Si纳米线边缘处的自旋极化硅原子的x3排序。这个预测的磁性基态有一个清晰的光谱特征--在费米能级以上0.5 eV处的硅阶边态--这是由强交换分裂引起的，因此如果没有自旋极化就不会发生。在这里，我们报告这些纳米线的空间分辨扫描隧道光谱数据。在低温下，我们发现在每三个台阶边缘硅原子上方0.5 eV处有一个空态，与理论预测的自旋极化基态非常一致。这种自旋极化状态的生存到室温下的自旋的位置迅速波动之间的所有Si台阶边缘网站。
2014-01-21 cond-mat.mes-hall
Effects of thermal rippling on the frictional properties of free-standing graphene
利用模拟摩擦力显微镜，研究了温度对悬浮石墨烯摩擦性能的影响。与三维材料表面上的热激活摩擦的理论相比，动摩擦被证明是局部增加和减少随着温度的升高，这取决于样品的大小，扫描尖端直径，扫描速率，和外部施加的正常负载。我们将观察到的效应归因于石墨烯中固有的热激发弯曲波纹，展示了原子薄膜中温度依赖性动态粗糙度的独特情况。
2015-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy gaps of atomically precise armchair graphene nanoribbons
石墨烯纳米带（GNR）是一维（1D）结构，具有丰富的电子特性1 -17。因此，它们被预测为下一代纳米电子器件的构建模块。理论上，已经证明扶手椅GNR可以分为三个家族，即，Na = 3 p、Na = 3 p + 1和Na = 3 p + 2（这里Na是横跨带宽度的二聚体线的数量，p是整数），根据它们的电子结构，并且即使具有相同的p1，3-6，三个家族的能隙也是相当不同的。然而，这一基本预测的系统实验验证仍然缺乏，由于非常有限的扶手椅GNRs的宽度原子级控制调查7，9，10，13，17。本文利用扫描隧道显微镜（STM）研究了原子宽度为Na = 6 ~ Na = 26的扶手椅型GNR的电子结构。我们的结果明确表明，所有研究的扶手椅GNRs表现出半导体间隙由于量子限制，更重要的是，观察到的间隙作为Na的函数很好地分为三类，如密度泛函理论计算预测3。这样的结果表明，我们可以通过简单地沿带宽添加或切割一条碳二聚体线来显著地调节扶手椅型GNR的电子性质。
2016-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Optical-Structure Correlation in Atomically Thin Dichalcogenides and Heterostructures
原子薄的过渡金属二硫属化物（TMD）具有独特的光电性能，包括增强的发光和高的开关电流比，可以通过制备更复杂的TMD异质结构来进一步调制。然而，传统的光学方法的分辨率限制不允许在这些材料中，特别是在TMD异质结构中的掩埋界面的直接光学结构相关测量。在这里，我们使用，第一次，在扫描透射电子显微镜（CL-STEM）中的电子束诱导阴极射线发光测量单层TMD（WS 2，二硫化钼和WSSe合金）之间的hBN层封装的光学性质。我们观察到暗区局部（~ 100 nm）的不完美的界面和单层折叠，这表明，在这个应用相关的异质结构层之间的紧密接触所需的适当的层间耦合。我们还实现了一个合适的成像方法，最大限度地减少电子束引起的变化，并提供测量的内在属性。为了克服TMD单层中小的电子相互作用体积的限制（因此光子产率低），我们发现用hBN封装TMD单层并随后退火是重要的。CL-STEM提供了一种强大的方法来直接测量横向或垂直异质结构和合金中的结构-光学对应关系。
2019-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unsupervised learning of ferroic variants from atomically resolved STEM images
提出利用旋转不变变分自编码器从原子分辨 STEM 图像中显式提取取向角，实现多铁性变体的无监督识别，并分离旋转与化学变异因素。
2022-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quality Atomic Resolution Scanning Tunneling Microscope Imaging up to 27 T in Water-cooled Magnet
我们报告了第一个原子分辨扫描隧道显微镜（STM）成像在水冷磁体（WM），极其苛刻的振动和噪声一直是主要的挑战。这种自制的WM-STM具有超刚性和紧凑的扫描头，其中粗方法由我们新设计的TunaDrive压电电机驱动。采用三级弹簧悬挂系统进行隔振。在32 mm内径的WM中，在高达27 T的非常高的磁场中获得了具有原子分辨率的石墨的室温原始数据图像，其绝对最大场为27.5 T，额定功率为10 MW。这一27 T的记录已经超过了传统超导磁体的最大场强。此外，我们的WM-STM还为45 T，32 mm内径的混合磁体的STM成像铺平了道路，这是目前世界上最具代表性的磁体，可以产生最高的稳定磁场。
2015-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Momentum resolved ground/excited states and the ultra-fast excited state dynamics of monolayer MoS2
过渡金属二硫属化物（TMD）作为晶体原子薄半导体的出现产生了巨大的科学和技术兴趣。已经提出并实现了许多新颖的器件概念（1-3）。尽管如此，由于产生大规模、横向均匀样品的挑战，在k空间研究基态/激发态电子结构方面的进展一直很缓慢。利用化学气相沉积的最新进展，在这里，我们创建了一个晶片大小的二硫化钼单层，具有良好的横向取向，用于先进的电子光谱研究（4-6）。低能电子衍射和扫描隧道显微镜（STM）证明了具有面内晶体取向的原子清洁表面。利用扫描隧道谱（STS）、角分辨光电子能谱（ARPES）和时间分辨光电子能谱（tr-ARPES）对基态和激发态的电子结构进行了研究。除了绘制出动量空间准粒子能带结构的价带和导带，我们揭示了超快激发态动力学，包括谷内和谷间载流子散射和快速向下的能量移动约0.2eV低于初始自由载流子状态在西格玛点。
2020-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topologically localized excitons in single graphene nanoribbons
利用扫描隧道显微镜（STM）技术，以原子尺度的空间分辨率探测了在金属表面合成的原子级精确石墨烯纳米带（GNRs）的激子发射。一个基于STM的策略转移GNR到一个部分绝缘的表面是用来防止光发射猝灭的金属基板的带。亚纳米分辨STM诱导的荧光光谱揭示了从局部暗激子的发射建立在GNRs的拓扑末端状态。低频振动电子发射梳的特性随GNR长度的变化，归因于纵向声学模式被限制在一个有限的盒子。总的来说，我们的研究提供了一种新的途径来研究原子级精确的石墨烯纳米结构中激子，振动子和拓扑结构之间的相互作用。
2022-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Universal Length-Dependent Vibrational Mode in Graphene Nanoribbons
石墨烯纳米带（GNR）由于其原子可调结构而引起了人们的极大兴趣，这使得它们成为未来电子器件的有希望的候选者。然而，获得有关GNR长度的详细信息具有挑战性，通常依赖于低温扫描隧道显微镜。这样的方法不适合于实际的器件应用和表征。相比之下，拉曼光谱是用于表征GNR的灵敏方法，特别是用于研究它们的宽度和结构。在这里，我们报告了一个依赖于长度的，拉曼活性低能量振动模式，存在于原子精确，自下而上合成扶手椅型石墨烯纳米带（AGNRs）。我们的拉曼研究表明，这种模式是存在于所有家庭的AGNRs，并提供了有关其长度的信息。我们的光谱研究结果证实了扫描隧道显微镜图像和支持的第一性原理计算，使我们能够将这种模式的纵向声学声子。最后，我们表明，这种模式是一个敏感的探针的整体结构完整性的带和他们的相互作用与技术相关的基板。
2019-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
