Cryogen-free variable-temperature Kelvin probe force microscopy for probing local chemical potential in a graphene heterostructure
本文开发了一种基于无制冷剂低温恒温器的变温开尔文探针力显微镜系统,通过定制锁相环和自动增益控制实现宽温域高灵敏测量,成功探测到石墨烯异质结构中的局部化学势变化及电子不均匀性。
2025-07-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A duality between surface charge and work function in scanning Kelvin probe microscopy
本文推导并验证了扫描开尔文探针显微镜中表面电荷与功函数信号经缩放点扩散函数形成的对偶关系,为从实验数据提取两类信号提供严格方法。
2025-06-08 physics.app-ph
Dependence of Electrostatic Patch Force Evaluation on the Lateral Resolution of Kelvin Probe Force Microscopy
本研究通过解析和数值方法,探讨了KPFM横向分辨率对静电贴片力评估的影响,建立了考虑测量平均效应的计算公式,发现贴片力低估对分辨率的敏感性随板间距增大而降低,为准确评估提供了指导。
2024-11-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Photoferroelectric Coupling and Polarization-Controlled Interfacial Band Modulation in van der Waal Compound CuInP2S6
Morgan State University(摩根州立大学)
研究光激发与极化及界面静电学在范德华铁电体中的耦合机制,揭示CuInP2S6中光激发调控能带弯曲、铁电开关及Cu+离子弛豫的机制,为光控纳米电子和光电设备设计提供框架。
2026-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dissipation modulated Kelvin probe force microscopy method
介绍了一种利用调频原子力显微镜(FM-AFM)的耗散信号作为直流偏置电压反馈(D-KPFM)的Kelvin探针力显微镜(KPFM)的实现方法。耗散产生于振荡的静电力,该静电力与尖端振荡相干,尖端振荡是通过在尖端和样品之间施加交流电压而引起的。外部诱导耗散的大小被发现是成比例的有效直流偏置电压,这是所施加的直流电压和接触电势差之间的差异。提出了两种不同的D-KPFM实现方案。在第一实施方式中,所施加的交流电压的频率$f_\mathrm{el}$被选择为与尖端振荡相同($f_\mathrm{el} = f_\mathrm{m}$:$1ω$ D-KPFM)。在第二种情况下,交流电压频率$f_\mathrm{el}$选择为尖端振荡频率的两倍($f_\mathrm{el}= 2 f_\mathrm{m}$:$2ω$ D-KPFM)。在$1ω$ D-KPFM中,耗散与静电力成比例,这使得可以使用甚至低至$\approx 10$ \,mV的小交流电压幅度。在$2ω$ D-KPFM中,耗散与静电力梯度成比例,这导致与FM-KPFM获得的电势对比度相同。D-KPFM的特点是实现简单,没有锁定放大器,扫描速度更快,因为它不需要低频调制。在$1ω$ D-KPFM中使用小的交流电压幅度对于表征技术相关材料具有重要意义,在这些材料中,它们的电性能可能被施加的电场干扰。当需要更精确的电位测量时,$2ω$ D-…
2017-04-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Imaging Ferroelectrics: Charge Gradient Microscopy (CGM) versus Potential Gradient Microscopy (PGM)
2014年,电荷梯度显微镜(CGM)首次被报道为一种新的扫描探针成像模式,特别适用于铁电体的表征。该技术的实施是简单的,它涉及到监测电流,自发发展之间的被动导电原子力显微镜尖端和地球,作为尖端扫描整个试样表面。然而,关于对比度的基本起源以及图像在相关铁电微结构方面的意义的细节尚未完全理解。在这里,通过比较CGM和开尔文探针力显微镜(KPFM),从相同的铁电畴(在锂钛酸盐和钛酸钡)的集合获得的信息,我们表明,CGM合理地反映了测得的表面电位的空间导数。这在概念上不同于测量表面束缚电荷密度或任何相关屏蔽电荷的局部梯度:毕竟,即使极化完全在平面内,我们也能看到清晰的CGM信号。因此,我们建议,在铁电CGM可能更准确地称为电势梯度显微镜(PGM)。有趣的是,在所有的情况下检查,测量的表面电位(通过KPFM和CGM信号的积分确定)是相反的符号,直观地预期一个完全干净的铁电体在真空中。这通常被观察到,并推测是由于铁电表面上的电荷积累,这是不容易去除的。
2022-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Materials Discovery in Combinatorial and High-throughput Synthesis and Processing: A New Frontier for SPM
本文综述了扫描探针显微镜在组合与高通量材料合成中的新应用,重点介绍压电响应力显微镜、电化学应变显微镜等定量方法,论证其将在材料预测-合成-表征闭环中发挥关键作用。
2025-04-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spatially Resolved High Voltage Kelvin Probe Force Microcopy: A Novel Avenue for Examining Electrical Phenomena at Nanoscale
本文实现高压KPFM(HV-KPFM),突破常规±10 V限制,对多种材料的高表面电势及梯度进行空间分辨精密测量。
2024-01-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effects of CdCl$_2$ treatment on the local electronic properties of polycrystalline CdTe measured with photoemission electron microscopy
为了研究CdCl $_2$处理对多晶CdTe薄膜局部电子性质的影响,我们对有和没有CdCl $_2$处理的CdTe薄膜抛光表面进行了光电子发射电子显微镜(PEEM)研究。从光电发射强度图像,我们观察到的趋势,个别暴露的粮食内部变化的光电发射强度,无论是否收到氯化镉$_2$处理的电影。此外,晶界开发的对比度在光电发射强度图像不同的晶粒内部的空气暴露步骤后,类似于观察激活晶界使用扫描开尔文探针力显微镜研究。这些结果表明,功函数局部变化,从一个晶粒内部到另一个,以及晶界和晶粒内部之间。
2017-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Nanoscale charge accumulation and its effect on carrier dynamics in tri-cation perovskite structures
纳米尺度的扫描探针显微镜研究提供了重要贡献的有机-无机卤化物钙钛矿(OIHP)作为光电子器件的快速发展。器件级性能的进一步改善需要更深入地了解性能限制机制,如离子迁移,相分离及其对纳米和宏观尺度电荷提取的影响。在这里,我们研究了动态电响应Cs0.05(FA0.83-MA0.17)0.95PbI3-xBrx钙钛矿结构,采用传统的和微秒时间分辨开尔文探针力显微镜(KPFM)。我们的研究结果表明,强烈的负电荷载流子捕获光照和非常缓慢(> 1 s)的电荷弛豫在晶界上。微秒尺度上的快速电子复合和传输动力学探测的时间分辨KPFM显示扩散的载流子向晶界,并表示局部较高的复合率,由于内在的空间异质性。揭示的纳米级静电效应总结在混合卤化物CsFAMA的集体模型。多层太阳能电池结构的结果绘制纳米级离子传输,电子积累,复合性能和最终的设备性能之间的直接关系。我们的研究结果扩展了目前的理解复杂的载流子动力学在稳定的多阳离子OIHP结构。
2020-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Deciphering Noise in tip--sample Interactions: Insights into Nanoscale Dynamics
Universidad Politécnica de Cartagena(卡塔赫纳理工大学)
本文发现环境条件下针尖-样品相互作用引入的非热噪声显著超过热背景,通过SDS/石墨模型系统表征该噪声源于纳米液颈的随机形成与断裂,提供与KPFM互补的化学对比,并提出FM-DAFM可解耦耗散效应实现高分辨成像。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Confocal laser scanning microscopy: A tool for rapid optical characterization of 2D materials
共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)是一种非破坏性、高效的光学表征方法,可用于不同基底上石墨烯的大面积分析,可在环境空气中应用,不需要额外的样品制备,不易受表面充电和表面污染的影响。CLSM利用石墨烯的光学特性,并提供大大增强的光学对比度和厚度映射到单层。我们通过测量Si/SiO2上的机械剥离和化学气相沉积石墨烯以及SiC上的外延石墨烯来证明CLSM的有效性。在Si/SiO2上的石墨烯的情况下,CLSM强度和高度映射对于1-5层石墨烯的分析是强大的。对于SiC衬底上的外延石墨烯,CLSM强度使我们能够区分诸如密集的平行的150 nm宽的石墨烯带(与生长过程的早期阶段相关)以及由界面层和1-3层石墨烯覆盖的大区域等特征。在这两种情况下,CLSM数据显示出良好的相关性与传统的光学显微镜,原子力显微镜,开尔文探针力显微镜,导电原子力显微镜,扫描电子显微镜和拉曼映射,大大减少了采集时间。我们证明了CLSM是快速分析大规模生产的石墨烯的不可或缺的工具,并且与其他2D材料同样相关。
2018-04-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Beyond the blur: using experimentally determined point spread functions to improve scanning Kelvin probe imaging
针对扫描开尔文探针显微镜成像因探针尺寸等因素导致空间失真且难以确定点扩散函数(PSF)的问题,提出通过实验测量PSF并进行去卷积的方法,有效恢复了潜在信号并改善了成像结果。
2024-07-25 physics.app-ph
Optimization of epitaxial graphene growth for quantum metrology
(See在这篇论文中,详细研究了通过所谓的聚合物辅助升华生长方法生长外延石墨烯的工艺条件。原子力显微镜(AFM)是用来表明,以前被忽视的氩气工艺气体的流量有一个显着的影响SiC衬底和顶部的碳层的形态。结果可以很好地解释使用一个简单的模型的热力学条件在邻近表面的层。在亚纳米尺度上的阶梯聚束的所得控制选项用于产生超平坦的单层石墨烯层,而没有表现出电阻各向异性消失的双层夹杂物。四点和扫描隧道电位测量的比较表明,剩余的小的各向异性代表的极限,这是唯一的SiC平台步骤的剩余电阻。...使用Ar流对阶梯聚束的精确控制还使得能够在石墨烯层下制备周期性不相同的SiC表面。基于开尔文探针力显微镜和X射线光电子显微镜的功函数测量,它是第一次显示,有一个掺杂的石墨烯的变化,诱导不同的近表面SiC堆栈的邻近效应。的AFM和低能电子显微镜测量的比较,使SiC堆栈的准确分配,和考试已经导致了一个更好的理解的框架中的一个步骤流模式的表面重组。...
2021-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Optical tuning of the diamond Fermi level measured by correlated scanning probe microscopy and quantum defect spectroscopy
本研究利用局域激光氧化氢化金刚石表面,并结合C-AFM、KPFM与浅层NV、SiV缺陷光谱,实现至少2.00 eV范围的费米能级精确调控及量子缺陷电荷稳定。
2023-09-27 physics.app-ph quant-ph
Differential Magnetic Force Microscopy with a Switchable Tip
本文提出一种倒置磁力显微镜,通过微型电磁铁周期翻转针尖磁化,从悬臂振荡谱边带中分离磁信号与其他力,实现单次扫描差分磁成像,未来采用高品质因数谐振器可提升灵敏度三个数量级。
2024-12-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Impact of Surface Roughness in Measuring Optoelectronic Characteristics of Thin-Film Solar Cells
研究薄膜太阳能电池表面粗糙度对光电特性测量的影响,提出掠射角聚焦离子束抛光技术降低CdTe表面粗糙度,实现高分辨率光电特性测量。
2023-02-01 physics.app-ph physics.optics