Time dynamics of photothermal vs optoacoustic response in mid IR nanoscale biospectroscopy
红外（IR）光谱，一个完善的工具，用于化学分析的各种材料，在生物医学应用中具有显着的潜力。虽然传统的红外光谱的空间分辨率被限制在几个微米的红外光的波长，它已被证明，纳米级的化学分析可以通过检测红外诱导的局部加热光热响应通过扫描热显微镜（SThM）或局部热机械膨胀使用原子力显微镜（AFM）。利用标准AFM和SThM探针，研究了脉冲宽度为ps的高功率自由电子激光（FEL）光源在AFM-IR和SThM-IR光谱中的应用。SThM-IR响应被发现具有有害的强背景信号，由于探针的直接加热，而AFM IR热机械响应允许消除这样的问题，对于FEL IR源的自上而下和自下而上的照明。SThM IR特征响应时间约为AFM-IR的一半，与有限元分析模拟一致。最后，通过实验和有限元分析，探讨了使用ps持续时间自由电子激光与高重复率量子级联激光红外光源的AFM-IR波长敏感光谱响应在纳米尺度淀粉样肽纤维研究中的优点和缺点。
2015-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum state readout of individual quantum dots by electrostatic force detection
单电子分辨原子力显微镜（AFM）电荷检测技术是研究单个量子点（QD）电子能级结构的一种很有前途的方法。振荡的AFM针尖调制量子点的能量，导致单个电子在量子点和电极之间隧穿。由此产生的振荡静电力改变了AFM悬臂的谐振频率和阻尼，从而实现了具有单电子灵敏度的静电测量。通过扫描偏置电压，定量电子能级光谱是可能的。电荷稳定性图可以通过扫描原子力显微镜针尖周围的量子点。e-EFM技术使得能够在没有纳米级电极的情况下研究单个胶体纳米颗粒和自组装QD。e-EFM是一种量子机电系统，其中隧穿电子的反作用由AFM检测;它也可以被认为是具有射频谐振器的导纳谱的机械模拟，其正在成为量子计算的量子态读出的有前途的工具。结合原子力显微镜的形貌成像能力，e-EFM是研究可用作量子比特的新型纳米材料系统的强大工具。
2016-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantitative Electromechanical Atomic Force Microscopy
在纳米尺度上探测材料机电功能的能力对于从能量存储和计算到生物学和医学的应用至关重要。电压调制原子力显微镜（VM-AFM）已成为一个支柱的表征工具，调查这些材料，由于其前所未有的能力，局部探测机电响应材料的空间分辨率从微米到纳米。然而，随着VM-AFM技术的广泛普及，如压电响应力显微镜（PFM）和电化学应变显微镜（ESM），纳米级机电功能，包括滞后，在材料中，应该是不能表现出压电或铁电性的报告已经上升。对意外纳米级现象的起源的解释包括新的材料性质、表面介导的偏振变化和/或在体测量中不存在的空间分辨行为。与此同时，众所周知，VM-AFM测量容易受到多种形式的串扰的影响，尽管AFM社区做出了努力，但消除这种串扰的全球方法仍然难以捉摸。在这项工作中，我们开发了一种方法，可以很容易地证明滞后（即假铁电）的样品和悬臂梁体之间的长程相互作用的存在。这种方法应该很容易实现在任何VM-AFM测量。然后，我们继续使用干涉仪来展示完全定量和可重复的纳米机电表征。这些定量测量对于包括MEMS致动器和传感器、忆阻器、能量存储和存储器在内的各种设备至关重要。
2019-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mapping Nanoscale Electromagnetic Near-Field Distributions Using Optical Forces
我们展示了应用原子力显微镜（AFM）为基础的光学力显微镜映射的光学近场与纳米分辨率，仅限于AFM探针的几何形状。我们映射的电场分布的紧密聚焦的激光束与不同的偏振，并表明，实验测量的数据与理论预测的偶极-偶极相互作用模型，从而验证了我们的方法。我们进一步验证了所提出的技术，通过测量纳米颗粒和金涂层AFM探针之间的光学力来评估由球形纳米颗粒散射的光学电场。该技术允许波长无关，无背景，热噪声限制的光学现象的机械成像，灵敏度受AFM性能限制。由于电和磁偶极-偶极相互作用的光学力可以使用这种技术测量。
2014-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
A new regime of nanoscale thermal transport: collective diffusion counteracts dissipation inefficiency
了解纳米热源的热传输对于材料中能量流的基本描述以及许多技术应用都很重要，包括纳米电子学中的热管理，热电器件，纳米增强光致发光和纳米粒子介导的热疗法。纳米尺度下的热传输与宏观尺度下的热传输有着根本的不同，它取决于材料中载流子平均自由程的分布、热源的长度尺度以及热传输的距离。过去的工作表明，傅立叶热传导定律大大高估了尺寸小于主要载热声子的平均自由程的热源的散热速率。在这项工作中，我们发现了一个新的制度，纳米级的热传输占主导地位时，纳米级的热源之间的分离是小的占主导地位的声子平均自由路径。令人惊讶的是，相邻热源之间的相互作用可以促进有效的、扩散式的散热，即使是来自最小的纳米级热源。这一发现表明，包括集成电路在内的纳米级系统的热管理可能不像预计的那样具有挑战性。最后，我们展示了一个独特的和新的能力，提取平均自由程分布的声子材料，允许第一次实验验证的差分电导率预测从第一性原理计算。
2014-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Structure and Energy Dissipation Behaviour of Tungsten Disulphide and Gold Nanoparticles and Nanoclusters Investigated by Advanced Microscopy Techniques
在这项研究中，纳米二硫化钨（WS 2）和纳米金（Au）的纳米颗粒的纳米结构和相关的能量耗散行为进行了研究，通过先进的扫描探针和电子显微镜技术。采用范德华粘附转移沉积机理在硅衬底上沉积了WS 2纳米颗粒。在硅衬底上制备了三种尺寸的金纳米粒子模板：紧密堆积（4- 6 nm）、分散良好（120- 150 nm）和团簇（120-150 nm）。利用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对WS 2和Au纳米粒子和纳米微粒的微观结构、形貌、形貌和相变进行了表征。SEM和TEM观察表明，WS 2纳米颗粒为原子取向的层状-六方结构或无机石墨状结构。在轻敲模式AFM成像中，重复扫描WS 2纳米颗粒导致纳米层的层间运动。结果表明，Au纳米粒子的聚集导致了更大的相移和更高的能量耗散，而紧密堆积的Au纳米粒子导致了最低的相移和能量耗散。利用SXM软件分析了纳米材料的微观结构、形貌、形貌和相位移。纳米尺度的研究表明，相移和能量耗散受样品的几何和机械梯度的影响。
2013-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
3D Nanoscale Electromechanical Imaging with Interferometric Atomic Force Microscopy
针对AFM力测量多局限于一维或二维且三维测量流程复杂的问题，提出一种精确干涉方法，可量化AFM针尖对局部力的完整三维响应，简化角分辨PFM技术，为基于AFM的力学测量提供通用框架。
2025-04-17 cond-mat.mes-hall
Infrared nanospectroscopic mapping of DNA molecules on mica surface
在过去的二十年里，由于纳米尺度光谱技术在单分子结构检测方面的巨大潜力，以及解决异质生物系统（如蛋白质-DNA复合物）中的未决问题，人们做出了重大努力来发展纳米尺度光谱技术。应用AFM-IR技术已经成为一个强大的杠杆，获得同时吸收光谱与纳米空间分辨率的研究蛋白质，然而，IR-AFM调查的DNA分子的表面，作为一个基准的核蛋白复合物的纳米表征，仍然是难以捉摸的。在此，我们展示了基于亚精胺和Ni 2+预处理的云母表面上的两种不同的DNA沉积协议的IR-AFM映射模式与相应的吸收光谱的获取方法学途径。通过一系列的红外原子力显微镜吸收图和相应的红外光谱，证明了云母上明显形成的DNA形态的纳米级红外吸收。因此，我们的研究结果表明，红外原子力显微镜纳米光谱的灵敏度与开放的潜力，可用于进一步调查的核蛋白复合物的核酸研究。
2022-01-28 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph q-bio.BM
An atomic force microscope integrated with a helium ion microscope for correlative nanocharacterization
在这项工作中，我们报告的集成原子力显微镜（AFM）到氦离子显微镜（HIM）。HIM是一种功能强大的仪器，能够对纳米级结构进行亚纳米分辨率成像和加工，而AFM是一种成熟的多功能工具，用于多参数纳米级表征。结合这两种技术开辟了前所未有的方式，在原位，在纳米级的相关分析。纳米加工和分析可以在没有样品污染和加工步骤之间的环境变化的情况下进行。由此产生的工具的实用性在于这两种技术的互补性。AFM不仅提供真实的3D形貌图，HIM只能以间接的方式提供，而且还允许进行纳米机械特性映射，以及在用HIM进行聚焦离子束材料改性后对样品进行电和磁表征。通过一系列相关实验对实验装置进行了描述和评价，证明了集成的可行性。
2020-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
AFM Dissipation Topography of Soliton Superstructures in Adsorbed Overlayers
在原子力显微镜中，甚至复杂的表面超结构的纳米级力的形貌提取通过改变振动频率的扫描尖端。最近，通过绘制（x，y）相关的尖端阻尼图，已经证明了具有类似或甚至更好对比度的替代耗散拓扑结构，但详细的阻尼机制仍然未知。在这里，我们确定了两种不同的尖端耗散机制：局部机械柔软性和滞后。最近的数据的启发，我们描述了他们在一个一维模型的莫尔无公度覆盖层的上层结构。在“孤立子”缺陷处的局部软度产生耗散对比度，其可以比相应的密度或光密度对比度大得多。然而，在实际的低振动频率，一个更强大和更有效的耗散是由尖端引起的孤子的非线性跳跃，自然发展的双稳态和滞后。该机制的签名提出了实验鉴定。
2010-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Conductance switching at the nanoscale of diarylethene derivatives self-assembled monolayers on La$_{0.7}$Sr$_{0.3}$MnO$_3$
我们报告的膦酸路线的功能分子，光开关（二噻吩基乙烯二膦酸，DDA），在La0.7Sr0.3MnO3（LSMO）的接枝。通过形貌原子力显微镜（AFM）、椭圆偏振仪、水接触角（接触角）和X射线光电子能谱（XPS）研究了DDA在LSMO上形成的致密自组装单分子膜（SAMs）。导电原子力显微镜测量表明，LSMO/DDA的电导是约3decades低于裸LSMO衬底。此外，DDA SAM的存在抑制了LSMO衬底的已知电导切换，该电导切换在C-AFM测量期间由机械和/或偏压约束引起。LSMO/DDA/C-AFM尖端分子结的DDA的开放和闭合形式之间的部分光诱导电导切换被观察到（闭合/开放电导比约为8）。我们表明，在长时间暴露于UV光的情况下，该特征可以被LSMO电极的电导的不可逆降低（约15倍）所掩盖。
2020-03-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Nanoscale control of LaAlO3/SrTiO3 metal-insulator transition using ultra-low-voltage electron-beam lithography
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
通过超低电压电子束光刻技术实现对LaAlO3/SrTiO3界面金属-绝缘体转变的精确调控，并在低温下观察到超导行为。
2020-08-29 cond-mat.mes-hall
Second Quantization: Gating a Quantum Dot Through the Sequential Removal of Single Electrons from a Nanoscale Floating Gate
本文提出用AFM针尖作为可移动低温开关对纳米级浮栅充电，将量子点浮栅电极缩小至约100纳米，并通过单电子泄漏统计测得约10^19欧姆的浮栅泄漏电阻。
2023-02-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale Thermal Imaging of VO$_2$ via Poole-Frenkel Conduction
我们提出了一种方法，利用原子力显微镜（AFM）的绝缘薄膜的纳米热成像，我们证明了它的效用VO $_2$。我们将施加的电压$V$扫描到接触模式的导电AFM针尖上，并测量通过薄膜的局部电流$I$。通过拟合的$IV$曲线的Poole-Frenkel导电模型在低$V$，我们计算的局部温度的空间分辨率优于50 nm，仅使用基本常数和已知的薄膜性能。我们的测温技术，使局部温度测量的\textit{any}绝缘膜占主导地位的Poole-Frenkel导电机制，并可以扩展到显示其他导电机制的绝缘体。
2022-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Nanoscale thermal imaging of dissipation in quantum systems
能量耗散是控制物理、化学和生物系统动力学的基本过程。这也是区分量子现象和经典现象的主要特征之一。特别是在凝聚态物理中，散射机制、量子信息的丢失或拓扑保护的崩溃都深深植根于耗散如何以及在何处发生的复杂细节。尽管它至关重要，但系统的微观行为通常不能用耗散来表示，因为耗散在微观尺度上不是一个容易测量的量。虽然纳米温度测量获得了最近的兴趣，现有的热成像方法缺乏必要的灵敏度，并不适合低温操作所需的量子系统的研究。在这里，我们报告了一个超导量子干涉纳米温度计装置与子50 nm的直径，驻留在一个尖锐的移液管的顶点，并提供扫描低温热传感与四个数量级的改善低于1 μK/Hz 1/2的热灵敏度。非接触式非侵入式温度测量允许非常低的纳米级能量耗散的热成像，低至40 fW的基本Landauer极限，用于在4.2 K下以1 GHz连续读出单个量子位。这些进展使得能够观察到由于碳纳米管中单个量子点的单电子充电引起的耗散，并揭示了由于hBN封装的石墨烯中的共振局域态引起的新型耗散机制，为量子物质中纳米级耗散过程的直接成像打开了大门。
2016-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Measurement of the complete interaction force curve at the nanoscale
两个相互作用的粒子之间的力作为距离的函数是科学中最基本的曲线之一。在这方面，原子力显微镜（AFM）代表了纳米科学中最强大的工具，但当它以高灵敏度探测有吸引力的相互作用时，具有严重的限制。这里描述的力反馈显微镜（FFM），从原子力显微镜删除众所周知的跳转到接触的问题，排除了完整的探索的相互作用曲线和相关的能量交换的研究。FFM使得有可能在整个距离范围内探索尖端-表面相互作用，灵敏度优于1 pN。FFM作为AFM控制范式的根本变化而脱颖而出。通过令人惊讶的简单布置，可以为AFM针尖提供正确的反作用力，以随时保持其固定。因此，反作用力等于尖端-样品力。力、力梯度和阻尼独立于尖端位置同时测量。这允许在热力学转变中测量能量转移。在这里，我们展示了一些完整的相互作用力曲线的FFM测量示例，特别是FFM可以通过测量所有距离处的毛细吸引力来跟踪水桥的成核，尽管毛细吸引力很大，但不会跳到接触。测量参数的实时组合将导致在不同环境中具有化学对比的新的成像模式。
2012-05-31 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Atomistic Modelling of Energy Dissipation in Nanoscale Gears
分子和固态齿轮构成了纳米级机械的基本组成部分。该领域制造技术的最新实验进展为更好地描绘分子级机械装置工程的最终目标的路线图做出了巨大贡献。为了补充实验研究，计算机模拟发挥了宝贵的作用，因为它们允许解决，原子级的分辨率，各种基本问题，如纳米级齿轮系的角动量的传输和能量耗散的机制，在这样的长度尺度。我们在本章中回顾我们解决后一个问题的工作。我们的计算方法是基于经典的原子分子动力学模拟。讨论了两个基本问题：（i）吸附在表面上的旋转固态纳米齿轮的主导能量耗散通道，以及（ii）在由石墨烯纳米盘和分子尺度齿轮组成的异质齿轮副中旋转运动和摩擦过程的传递。
2022-05-09 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Modeling Heat Dissipation at the Nanoscale: An Embedding Approach for Chemical Reaction Dynamics on Metal Surfaces
我们提出了一种嵌入技术的金属系统，使之成为可能的模型能量耗散到衬底声子在表面化学反应的第一性原理。分离化学和弹性贡献的相互作用势提供了一个定量的描述电子和声子能带结构。应用于O $_2$在Pd（100）处的解离，预测了由于释放的吸附能（约100）而导致的“热”氧吸附物。2.6 eV）。这一发现质疑了多相催化模型中通常假设的反应热力学的瞬时热化。
2014-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Nanoscale magnetic structure of ferromagnet/antiferromagnet manganite multilayers
利用极化中子反射法和磁测量技术，研究了一系列La 2/3 Sr 1/3 MnO 3/Pr 2/3 Ca 1/3 MnO 3（LSMO/PCMO）超晶格在不同反铁磁（AFM）PCMO层厚度（0<= tA <=7.6 nm）下的磁结构.而LSMO在与PCMO的界面处呈现出一些磁阻挫单层，在后者中，发现由于AFM基质中的FM夹杂物的磁性贡献在t_A~3 nm处最大。FM力矩的这种增强发生在层厚度和簇尺寸之间的匹配处，其中FM簇将找到在“非FM”材料内容纳的最佳应变条件。这些结果具有重要的意义，通过显式控制应变调谐相分离。
2007-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Highly Tunable Magnetic and Magnetotransport Properties of Exchange Coupled Ferromagnet/Antiferromagnet-based Heterostructures
具有零净磁化强度的反铁磁体（AFM）被认为是未来自旋电子器件中的有源元件。取决于AFM薄膜的临界厚度和测量温度，基于Mn的合金和基于过渡金属氧化物的AFM可以承载各种共存的有序、无序和受抑AFM相。这种共存相的交换耦合铁磁（FM）/AFM基异质结构可以导致不寻常的磁性和磁输运现象。在这里，我们整合化学无序AFM IrMn 3薄膜共存AFM相复杂的交换耦合MgO（001）/Ni 3Fe/IrMn 3/Ni 3Fe/CoO异质结构和研究的结构，磁性，磁输运性质在不同的磁场冷却状态。特别是，我们揭示了旋转的无序和可逆的AFM矩相对于不可逆的AFM矩的磁性和磁阻特性的交换耦合异质结构的相对取向的影响。我们进一步发现，具有热无序和可逆AFM顺序的AFM颗粒的持久性对于实现高度可调的磁性和多能级磁阻状态至关重要。我们预计，所介绍的方法和异质结构的架构可以利用在未来的自旋电子器件操纵的热无序和可逆的原子力显微镜在纳米级的秩序。
2021-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The stochastic dynamics of micron and nanoscale elastic cantilevers in fluid: fluctuations from dissipation
对浸没在粘性流体中的微米级和纳米级悬臂梁的随机动力学进行了量化。给出了布朗噪声驱动下细长悬臂梁的解析结果。噪声力的谱密度不被假定为白色，并且根据波动耗散定理确定频率依赖性。分析结果表明，是有用的，通常用于原子力显微镜的微米尺度的杠杆。一个通用的热力学方法是有效的任意几何形状，以及为阵列的多个杠杆的随机运动耦合通过流体。它表明，波动耗散定理允许通过简单的确定性方法的随机量的计算。热力学方法与确定性有限元数值模拟来量化的自相关性和噪声频谱的悬臂波动为一个单一的微米级悬臂和交叉相关性和噪声频谱的波动为一个阵列的两个实验动机的纳米级悬臂作为悬臂分离的函数。结果被用来量化的噪音减少可能使用相关的测量与两个紧密间隔的纳米级的杠杆。
2006-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Non-monotonic heat dissipation phenomenon in close-packed quasi-2D and 3D hotspot system
基于声子玻尔兹曼输运方程，研究了密排准二维纳米线和三维纳米长方体热点系统的瞬态热耗散。研究发现，与直觉相反，散热效率不是相邻纳米级热源之间距离的单调函数：当该距离与声子平均自由程相当时，散热效率达到最高值。这是由于两个热输运过程的竞争：声子从纳米级热源逃逸时的准弹道输运以及来自相邻纳米级热源的声子之间的散射。
2022-06-09 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Optical excitation of atomic force microscopy cantilever for accurate spectroscopic measurements
针对压电激发AFM悬臂梁易引发杂散机械共振、产生信号伪影的问题，提出一种共用单模光纤传输1310nm激发光与1550nm检测光的光激发装置，可消除杂散共振带来的测量误差。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface phonon induced rotational dissipation for nanoscale solid-state gears
相对于平动摩擦而言，转动摩擦的机理研究较少。这种运动成为一个重要的问题，为小型化的机械机械，往往涉及旋转齿轮。在这项研究中，分子动力学模拟进行探索旋转摩擦的固态齿轮上旋转的不同基板。在每种情况下，观察到的旋转运动的粘性阻尼，并发现诱导齿轮和基板之间的纯范德华相互作用。不同的齿轮尺寸和各种基板材料的影响进行了研究。此外，齿轮和基板的刚度被发现会产生不同的耗散通道。最后，它表明，占主导地位的贡献耗散有关的低频表面声子在基板中的激发。
2020-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Thermal properties of SnSe nanoflakes by AFM-based Scanning Thermal Microscopy measurements
本文利用AFM扫描热显微镜测量5–40 nm厚SnSe纳米薄片，发现热阻随厚度增加而增大，证明其热输运遵循傅里叶定律，并归因于室温下约5 nm的短声子平均自由程。
2024-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The onset of nanoscale dissipation in superfluid He-4 at zero temperature: the role of vortex shedding and cavitation
采用含时密度泛函理论研究了零温超流体He-4中纳米半径无限长圆柱的二维流动。计算揭示了耗散开始的两个不同的临界现象：1）从运动圆柱的外围脱落的涡-反涡对和2）在尾流中出现空化，其具有与实验观察到的超流He-4中快速移动的微米级颗粒相似的几何形状。具有相同环流的涡对偶尔以二聚体的形式发射，这构成了在经典湍流流体和玻色-爱因斯坦凝聚体中观察到的Benard-von Karman涡列结构的构建块。空化诱导耗散机制应该是所有自约束且具有有限表面张力的超流体所共有的，这包括最近发现的超冷玻色气体中的自约束液滴。
2017-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Deconstructing the governing dissipative phenomena in the nanoscale
提出了一种描述短程纳米耗散控制参数的表达式，并得到了模拟和实验结果的支持。该表达式被解构为系统的几何，动力学，化学和机械性能。在原子力显微镜中，这些被转化为1）尖端半径和尖端样品变形，2）谐振频率和振荡幅度和3）滞后和粘性耗散。后者是定义尖端-样品系统的化学和机械性质的特征参数。还讨论了长距离过程，并在云母和硅样品上进行的实验中确定了足迹。本方法可以用来验证或无效的纳米耗散模型通过比较预测与实验观测。
2014-01-25 cond-mat.mes-hall
Modelling of time-dependent electrostatic effects and AFM-based surface conductivity characterization
本研究针对传统AFM静电模型忽略动态电荷效应的问题，引入纳入电荷动力学的理论框架，建立特征时间尺度$τ$，通过多种氧化石墨烯材料实验验证频率偏移与表面电导率的强相关性，为二维材料电荷动力学评估和表面电导率估算提供新方法。
2025-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic Properties of Single Prussian Blue Analog Nanocrystals Determined by Conductive-AFM
本文用C-AFM表征HOPG上单个CsCo(III)Fe(II) PBA纳米晶，测得近似尺寸无关的两侧电子注入势垒，并发现其本征电导率分散且显著高于薄膜。
2023-10-31 cond-mat.mes-hall
Hyperspectral electromechanical imaging at the nanoscale: Dynamical backaction, dissipation and quantum fluctuations
本文提出一种扫描纳米机械噪声显微平台，通过热反作用模型揭示单缺陷纳米线结构、热响应、耗散与涨落的关联，发现缺陷作为单涨落中心在电子束激发下产生由量子涨落主导的远离平衡振动状态。
2024-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Sensitivity of viscoelastic characterization in multi-harmonic atomic force microscopy
使用多频原子力显微镜（AFM）量化软物质的纳米力学性质对于研究聚合物，超薄涂层和生物系统的性能至关重要。这种表征过程通常利用悬臂梁的光谱分量来辨别多参数优化问题内的纳米机械特性。这可能会无意中导致超定参数估计，在所识别的参数及其对实验数据的影响之间没有明确的关系。在这项工作中，我们探讨了聚合物样品的粘弹性表征的灵敏度多频互调原子力显微镜的实验观测值。通过进行模拟和实验，我们表明，表面粘弹性对实验数据的影响可以忽略不计，并可能导致不一致的，往往是非物理的识别参数。我们的分析表明，这种缺乏影响的表面参数涉及到消失的梯度和非凸性，同时最小化的目标函数。通过从模型中去除表面依赖性，我们表明，可以轻松地实现批量属性的表征，没有任何歧义。我们的工作揭示了在AFM操作中优化大量参数和观测值时可能面临的灵敏度问题，并呼吁在纳米级开发新的粘弹性模型，并改进计算方法，用于使用AFM进行粘弹性的纳米级映射。
2022-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
In-plane anomalous Hall effect in PT-symmetric antiferromagnetic materials
本文通过对称性分析提出PT对称反铁磁体系中由面内磁场经自旋倾斜诱导的IPAHE，并在CuMnAs与VS₂-VS超晶格中验证，为反铁磁自旋电子材料设计提供新途径。
2022-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mapping Intrinsic Electromechanical Responses at the Nanoscale via Sequential Excitation Scanning Probe Microscopy Empowered by Deep Data
不断增长的硬件能力和计算能力已经使得在纳米级常规上获取和分析大科学数据，尽管所获取的大部分数据通常被证明是冗余的，嘈杂的，和/或与感兴趣的问题无关，并且从纯数据分析中得出清晰的机械见解仍然是不平凡的。在这项工作中，我们使用扫描探针显微镜（SPM）作为一个例子来展示深度数据方法，从数据挖掘，相关性分析和无监督分类等蛮力分析过渡到建立在合理的物理理解基础上的知情和/或有针对性的因果数据分析。提出了这种深度数据分析的三个关键要素。首先采用顺序激发扫描探针显微镜（SE-SPM）技术来获得高质量，高效和物理相关的数据，这可以很容易地实现任何标准的原子力显微镜（AFM）。然后使用简谐振荡器（SHO）模型进行蛮力物理分析，使我们能够获得感兴趣的内在机电耦合。最后，主成分分析（PCA）进行，这不仅加快了四个数量级的分析，但也允许一个清晰的物理解释，其模式结合SHO分析。一个粗糙的压电材料已经使用这种策略进行了探索，使我们能够映射其内在的机电性能在纳米级与高保真度，传统的方法失败。SE结合深度数据方法可以很容易地适用于其他SPM技术，以探测纳米级的各种功能现象。
2018-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-speed quantitative nanomechanical mapping by photothermal off-resonance atomic force microscopy
本文提出基于光热非共振轻敲的AFM方法，将力谱测量速度提高至少一个数量级，实现对聚合物和金属材料的高通量定量纳米力学映射。
2025-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nanoscale torsional dissipation dilution for quantum experiments and precision measurement
我们表明，扭转谐振器可以经历大量的耗散稀释由于纳米级的应变，并提请连接到一个世纪的理论从扭秤社区，这表明一个简单的扭转带自然软夹持。通过颠覆纳米力学界普遍持有的信念，我们的研究结果引发了对量子实验和纳米机械谐振器精密测量策略的重新思考。例如，我们重新审视了用于监测位移的光杠杆技术，并发现应变纳米梁的旋转可以用小于其基本扭转模式的零点运动的不精确度来解决，而无需使用腔或干涉稳定性。我们还发现，一个应变扭转带可以质量加载，而不改变其$Q$因子。我们使用这种策略来设计一个芯片级的扭秤，其谐振频率对局部引力场的微$g$波动敏感。实现这两个进步是制造具有$10^4$的宽度与厚度比的高应力Si $_3$ N $_4$纳米梁，并且认识到它们的扭转模式具有$Q$因子，其缩放为它们的宽度与厚度比的平方，产生与$10^8$一样高的$Q$因子和与$10^{13}$ Hz一样高的$Q$频率产物。
2021-12-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
CDW slips and giant frictional dissipation peaks at the NbSe$_2$ surface
访问、控制和理解纳米尺度的摩擦和耗散是纳米技术中的一个关键问题，其中移动元件是核心。最近，超灵敏的非接触摆原子力显微镜（AFM）成功地检测到由Nb超导性的开始引起的电子摩擦下降，提高了希望，从电子组织到不同的集体现象所产生的更广泛的机械耗散机制将通过这种非常规的表面探针变得可访问。其中，电荷密度波（CDW）的驱动相位动力学作为耗散源是一个突出的挑战。在这里，我们报告了一个惊人的多重原子力显微镜耗散峰在纳米距离以上的表面的NbSe $_2$ -层状化合物表现出不相称的CDW。每个峰出现在一个良好定义的尖端表面相互作用力的顺序为nN，并持续到T= 70 K，其中CDW短程顺序是已知的消失。提出了一个理论模型，表明该峰连接到尖端引起的本地2 $π$ CDW相位滑移。在尖端的吸引势作用下，局部CDW表面相连续变形，直到在不同的局部相值之间发生一系列的2次$π$跳跃.当尖端来回振荡时，每个滑移引起滞后循环，出现在选定的距离处，耗散对应于NbSe $_2$的表面CDW相中的局部滑移的“泵送”进出。
2016-05-12 cond-mat.mes-hall
The stochastic dynamics of nanoscale mechanical oscillators immersed in a viscous fluid
研究了粘性流体中任意几何形状的纳米振荡器的随机响应。使用的波动耗散定理，它表明，确定性计算的流体和固体方程可以用在一个简单的方式直接计算的随机响应，将在实验中测量。我们使用这种方法来研究与实验动机的几何形状的单个和多个杠杆的流体耦合运动。
2004-03-03 cond-mat.mes-hall
Experimental set-up for thermal measurements at the nanoscale using an SThM probe with niobium nitride thermometer
本文提出一种搭载高灵敏度氮化铌温度计的高真空扫描热显微镜实验装置，利用3$ω$方法在真空下测定探针热导与热时间常数，并通过蓝宝石样品接触测量验证其纳米尺度热测量性能。
2024-04-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Nanoscale electronic transport at graphene/pentacene van der Waals interface
本研究制备了不同结构的石墨烯/并五苯范德华界面，结合C-AFM测量与电子输运模型确定界面能垒，揭示了并五苯分子排列方式对界面能垒的调控作用。
2023-05-04 cond-mat.mes-hall
An extensive thermal conductivity measurement method based on atomic force microscopy
本文提出一种在AFM上实现的测辐射热测温法，利用悬空样品区段的针尖局部热交换与电阻变化建模提取热导率，可在约20 nm分辨率和0.2 K扰动下覆盖扩散、弹道及宽温区低维材料。
2025-01-30 cond-mat.mes-hall
Thermodynamic aspects of nanoscale friction
发展摩擦的非平衡态热力学是系统地设计低摩擦表面的广泛技术应用所必需的。直观地说，由沿表面滑动的材料所做的热力学功预计部分作为热耗散，部分转化为系统的内能的变化。然而，一般的非平衡热力学原理，这种分离目前是未知的。基于过渡态理论，结合Prandtl-Tomlinson模型，建立了一个计算摩擦力显微镜（FFM）针尖摩擦粘滑运动过程中的热耗散和内能变化的解析表达式.我们使用的形式主义，以量化的散热相关的材料在纳米级摩擦的实际应用中的参数范围。
2019-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Fast and direct visualization of piezo-generated charges at the nanoscale using direct piezoelectric force microscopy
命名的表面电荷刮擦机制是在2014年通过使用一种新的基于原子力显微镜（AFM）的模式（称为电荷梯度显微镜）发现的。探测这种机制的测量是通过使用电流-电压转换器：跨阻放大器（TIA）来实现的。然而，使用一个不正确的近似，称为增益带宽产品（GBWP）计算TIA带宽（BW）可能会误导到一个不正确的数据解释。通过在比允许频率更高的频率下进行测量，放大器在其作为电荷-电压转换器的条件下被用作电流-电压转换器。在这篇手稿中，我们报告了相同电子电路拓扑结构的传递函数有效的特定条件，同时我们发现了已发表数据中的振铃和不稳定放大器伪影。最后，我们在类似的条件下进行物理测量，但完全尊重系统的带宽（BW）。我们发现，收取的费用远低于此类出版物中报告的值，从而减少甚至抵消了可能的费用报废机制的影响。这些发现铺平了道路，采用直接压电力显微镜（DPFM）作为一种快速的铁电纳米级表征工具。
2018-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene-Complex-oxide Nanoscale Device Concepts
石墨烯与复合氧化物异质结构如LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$的集成提供了将氧化物界面的多功能性质与石墨烯的电子性质相结合的机会。通过石墨烯控制界面传导的能力以及了解它如何影响氧化物界面的固有特性对于新型多功能器件的技术开发至关重要。在这里，我们展示了几个设备原型，其中电子输运在氧化物界面调制使用图案化的石墨烯顶栅。纳米尺度的设备制造在氧化物界面的导电原子力显微镜（c-AFM）光刻，和运输测量作为石墨烯栅极电压的函数进行。实验是用写在石墨烯栅极附近或正下方的器件进行的。这种方法的独特能力包括创建高度灵活的设备配置的能力，在氧化物界面处调制载流子密度的能力，以及将电子输运控制到单电子隧穿机制的能力，同时保持氧化物界面的固有输运特性。我们的研究结果有利于设计各种纳米器件，结合这两个紧密耦合的二维电子系统的独特的传输特性。
2018-04-04 cond-mat.mes-hall
Molecular machines operating on nanoscale: from classical to quantum
本文综述了微观世界中等温纳米机器的主要物理特征和工作原理，这些特征是经典机器和量子机器所共有的。特别注意耗散和热波动的双重和建设性的作用，波动耗散定理，热损失和自由能转换，热力学效率，和最大功率时的热力学效率。几个基本模型被认为是和讨论，突出通用的物理特征。我们的论述可以发现一些常见的谬误，继续困扰着文献，特别是错误的信念，一个应该尽量减少摩擦和降低温度，以达到高性能的布朗机，在最大功率的热力学效率不能超过一半。异常分子马达亚扩散，但在活细胞的粘弹性环境中的高效操作的新兴话题进行了讨论。
2016-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Heat guiding and focusing using ballistic phonon transport in phononic nanostructures
与宏观尺度下的经典热扩散不同，纳米级的热传输可以在没有能量耗散的情况下发生，因为声子可以在数百纳米内以直线传播。尽管最近的实验证据表明这种弹道声子传输，控制其方向性，从而其实际应用，仍然是一个挑战，因为单个声子的方向是混乱的。在这里，我们展示了一种方法来控制使用硅薄膜与孔阵列的弹道声子输运的方向性。首先，我们证明了形成的定向热通量的孔之间的通道。接下来，我们使用这些纳米结构作为弹道声子的定向源，并将发射的声子耦合到纳米线中。最后，我们介绍了一个纳米级的热透镜，其中的声子会聚在一个焦点，从而将热量集中到一个几百纳米的斑点。这些结果提供了一个基础，使纳米级的热引导，散热，本地化，限制和整流的射线般的热操纵。
2016-09-23 cond-mat.mes-hall
High-speed antiferromagnetic domain walls driven by coherent spin waves
针对反铁磁畴壁高速操控的实验难题，本文利用超快激光脉冲生成相干自旋波驱动室温反铁磁绝缘体Sr₂Cu₃O₄Cl₂的畴壁，实现创纪录的约50 km/s速度及双向调控，为超快自旋电子器件提供新机制。
2025-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Resolving chemical structures in scanning tunnelling microscopy
针对扫描隧道显微镜（STM）缺乏化学信息的缺陷，研究提出一种改进型STM，利用隧道结中凝结气体形成的纳米级力传感器与换能器，将吸附势排斥支的力信号转为电流，实现与先进原子力显微镜相当的分辨率，且不受长程相互作用干扰。
2009-10-30 cond-mat.mes-hall
Ultrasonic force microscopy on 'poly(vinyl alcohol)/SrTiO3' nano-perovskites hybrid films
利用原子力显微镜（AFM）和超声力显微镜（UFM）对SrTiO 3（STO）纳米粒子（NPs）与聚乙烯醇（PVA）复合样品进行了表征。UFM比接触式AFM地形图更好地解析了STO NP的形态特征。对于高STO浓度，单个STO NP形成纳米簇，其聚集在微聚集体中。STO聚集体，覆盖的PVA，表现出没有AFM摩擦对比，但清楚地区分从PVA矩阵使用UFM。对于复合样品中的NP，观察到与在不存在聚合物的情况下从milliQ水溶液沉积在平坦硅衬底顶部上的NP类似的聚集。在混合膜中，大多数STO纳米颗粒通常呈现比PVA基质低的UFM对比度，即使更硬的样品区域如STO应该产生更高的UFM对比度。具有中等对比度的STO NP的特征在于在PVA/STO界面处的较低对比度的UFM晕。这一结果可以解释为考虑到超声在PVA/ STO界面处在纳米尺度上被有效地阻尼。根据我们的数据，PVA/STO界面处的纳米级超声响应在UFM图像对比度中起着重要作用。
2015-08-04 cond-mat.mes-hall
Non-contact dissipation on the surface of charge density wave materials
电荷密度波（CDW）脱钉和滑动引起的体电损耗是一个经典的课题。我们提出了一种新的本地，纳米级的机制，描述发生的机械耗散峰的动力学的原子力显微镜针尖振荡以上的CDW材料的表面。局部表面2 $π$滑动的CDW相预测发生引起的机械滞后和大耗散在离散的尖端表面距离。我们的静态和动态数值模拟结果被认为与最近在NbSe $_2$上进行的实验相关;还讨论了应该观察到类似效应的其他候选系统。
2014-10-01 cond-mat.mes-hall
Molecules on rails: friction anisotropy and preferential sliding directions of organic nanocrystallites on two-dimensional materials
二维（2D）材料被设想为用于纳米机械系统的超薄固体润滑剂。到目前为止，它们在纳米尺度上的摩擦性能已经通过标准摩擦力显微镜进行了研究。然而，纳米颗粒的横向操纵是一个更合适的方法来研究摩擦对两个接触表面的晶体学的依赖性。然而，这样的实验仍然缺乏。在这项研究中，我们结合原子力显微镜（AFM）的横向操纵和分子动力学模拟，以调查的运动的有机针状纳米石墨烯和六方氮化硼的范德华外延生长。我们观察到纳米针碎片-当被AFM针尖推动时-不会沿着原始的推动方向移动。相反，它们优先沿着针状物的生长方向在2D材料上滑动，针状物沿着相称的方向充当不可见的轨道。此外，当纳米晶通过施加扭矩与AFM针尖在整个优先滑动方向旋转时，我们发现AFM悬臂梁的扭转信号增加。我们证明，结合模拟，这两个，显著的摩擦各向异性和优先滑动方向是由复杂的外延关系，并产生从有机纳米晶体和二维材料之间的相称和不相称的状态。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
A thermokinetic approach to radiative heat transfer at the nanoscale
由于其范围和性质，纳米级的辐射热交换对几个领域提出了挑战。在这里，我们提供了一个热动力学描述的微尺度辐射能量转移，包括声子-光子耦合表现出通过非德拜弛豫行为。我们发现，对数正态分布的松弛模式占这种非德拜松弛行为导致的热导。我们还讨论了涨落耗散定理的有效性。得到的导热系数的一般表达式与已有的实验结果符合得很好，具有很高的精度。因此，我们的方法提供了一个全面的解释辐射能量转移通过微米间隙，无论几何配置和距离。
2013-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
A geometry for optimizing nanoscale magnetic resonance force microscopy
我们实现磁共振力显微镜（MRFM）在实验的几何形状，其中悬臂的长轴是正常的外部磁场和RF微丝源。在聚苯乙烯中测量$^1$ H的统计极化，磁耗散可忽略不计，在磁性尖端的100 nm内梯度大于$10^5$ T/m，并且在115 MHz下旋转RF磁场超过12 mT。这种几何形状可以促进纳米尺度MRFM的应用，以核物种与低旋磁比和样品与拓宽共振，如在量子点自旋。
2011-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Imaging resonant dissipation from individual atomic defects in graphene
将电流转化为热量涉及到在纳米尺度上操作并释放微量能量的微观过程。虽然我们对材料电性质的理解至关重要，但迄今为止，能量耗散的单个介质还无法直接观察到。使用具有亚微米K灵敏度的扫描纳米测温法，我们可视化并控制石墨烯中单个原子缺陷的声子发射。当费米能级与电子准束缚态在这种缺陷处发生共振时，推断出的电子-声子“冷却功率谱”呈现出尖锐的峰值，这是一个迄今为止未知的过程。可切换的原子尺度声子发射体在石墨烯的边缘很少见，但却很丰富，它定义了主导的耗散机制。我们的工作为解决现代电子和纳米级工程耗散中的关键材料挑战提供了新的见解。
2017-10-04 cond-mat.mes-hall
Quantum stick-slip motion in nanoscaled friction
University of South Florida（南佛罗里达大学）；Universidad Rey Juan Carlos（雷乌斯·胡安·卡洛斯国王大学）
研究量子机械摩擦模型，揭示Landau-Zener隧穿对摩擦耗散的影响，分析速度、相互作用强度与温度对摩擦力的调控作用。
2026-04-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
