The design and the performance of an ultrahigh vacuum 3He fridge-based scanning tunneling microscope with a double deck sample stage for in-situ tip treatment
扫描隧道显微镜（STM）是在原子尺度上研究材料结构和电子性质的有力工具。低温和高磁场的STM和相关的光谱技术相结合，使我们能够调查在这些极端条件下的高能量分辨率的材料的新的物理性质。在这里，我们提出的结构和性能的双真空3He冰箱为基础的STM系统与7特斯拉超导磁体。它的特点是STM头上有一个双层样品台，因此我们可以通过场发射清洁针尖或原位制备自旋极化针尖，而无需从STM中取出样品。它还能够进行原位样品和尖端交换和制备。通过在金表面上用铌针尖测量超导能隙，确定了在T = 310 mK时扫描隧道能谱的能量分辨率为400 mK。我们证明了该STM系统的性能，通过成像的双共线磁阶的$Fe_{1+x}Te$在T= 5 K。
2018-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Different W cluster deposition regimes in pulsed laser ablation observed by in situ Scanning Tunneling Microscopy
我们报告如何不同的集群沉积制度，可以获得和观察原位扫描隧道显微镜（STM）通过利用沉积参数在脉冲激光沉积（PLD）过程中。利用纳秒脉冲激光烧蚀技术在不同气压的Ar气氛中制备了钨团簇，并将其沉积在Au（111）和HOPG表面。沉积制度，包括集群沉积-扩散-聚集（DDA），集群熔化和合并和集群注入观察，取决于背景气体的压力和目标到衬底的距离，影响的动能的烧蚀物种。因此，这些参数可以很容易地用于表面改性的集群轰击，沉积的支持集群和生长的薄膜具有不同的形貌。团簇在不同衬底上的迁移率的变化及其对聚集和生长机制的影响也进行了研究。
2007-02-20 cond-mat.mtrl-sci
A low-background setup for in-situ X-ray total scattering combined with fast scanning calorimetry
本文介绍了一种结合快速扫描量热与X射线全散射的低本底原位装置，具备高信噪比和10^4 K/s冷却速率，可观察纳米结构变化，助力材料科学中结构与热力学关系研究。
2025-07-16 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
A low-temperature ultra-high-vacuum scanning probe microscope with in situ electronic transport capabilities: from macro to nano in 10 minutes
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Condensed Matter Physics Center (IFIMAC), Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学凝聚态物理中心（IFIMAC））；Instituto Nicolás Cabrera (INC), Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学尼科拉斯·卡布雷拉研究所（INC））；National Institute for Materials Science (NIMS)（国立材料研究所）
该研究研发了集成SPM与电输运测量的低温超高真空扫描探针显微镜，可10分钟内完成5微米级针尖定位，实现原子级与宏观器件性能的关联，经石墨烯、Pb纳米线等验证性能良好。
2026-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
In situ Imaging of Precipitate Formation in Additively Manufactured Al-Alloys by Scanning X-ray Fluorescence
本研究利用基于同步加速器的原位扫描X射线荧光显微技术，直接成像了增材制造铝合金在热处理过程中Mn和Cr在晶界的选择性富集及熔池边界微观结构的热稳定性，证明了该方法在探索亚微米级析出动力学方面的重大价值。
2023-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Growth of germanium-silver surface alloys followed by in situ scanning tunneling microscopy: Absence of germanene formation
理论研究表明，新的物理性质，如可调间隙开口或量子自旋霍尔效应，可以预期从第四族石墨烯类似物（硅烯，锗烯，锡烯）。虽然已经有许多关于这种Si，Ge，Sn单层生长的研究，但它们的六方组织的证明通常基于生长后的表征，并且它们与石墨烯的类比一直存在争议。我们在380- 430 K温度范围内对Ge在Ag（111）衬底上沉积过程的实时扫描隧道显微镜（STM）观察表明，在第二层形成之前，Ag原子参与了所有观察到的结构，排除了在这些实验条件下在该衬底上形成锗烯的可能性。扫描隧道显微镜（STM）对Ge原子扩散过程的观察表明，在该温度下，Ag和Ge原子之间的易交换是Ge-Ag表面合金化的主要原因。
2020-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Strain release at the graphene-Ni(100) interface investigated by in-situ and operando scanning tunnelling microscopy
界面应变对低维材料的力学、电学和磁学性质有重要影响。在这里，我们通过扫描隧道显微镜研究了失配界面引入的应力如何影响Ni（100）表面上生长的石墨烯（Gr）层的结构。应变释放似乎是控制形态的主要因素，具有两个同时驱动力的相互作用：一方面，需要通过形成莫尔图案获得与基材的二维最佳配准，另一方面，需要通过生长的Gr薄片的局部旋转实现与转化的碳化镍层的最佳一维面内匹配。我们的工作表明，通过利用一维界面的应变，在纳米尺度上调整二维薄膜的局部性质的可能性。
2020-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Emerging hierarchical dislocation structures: Insights from scanning electron microscopy-electron backscatter diffraction in situ tensile testing and multifractal analysis
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
研究通过原位扫描电镜-电子背散射衍射测试与多标度分析，揭示了退火304L不锈钢在非辐照和中子辐照状态下的位错结构演化，发现辐照条件下位错结构加速形成并具有分层特征。
2026-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Reflection high-energy electron diffraction and scanning tunneling microscopy study of InP(001) surface reconstructions
用原位反射高能电子衍射（RHEED）和扫描隧道显微镜（STM）研究了分子束外延制备的InP（001）表面的重构。生长室包含一个高度精确的温度测量系统，并使用固体源，破碎的磷，带阀的泻流室。用RHEED在三个主要方向上分析了五个InP（001）的重构。在固定的P2通量下，降低衬底温度给出以下重建：c（2x 8），（2x 4），（2x 1），（2x2）和c（4x 4）。在原位STM图像显示，只有两个这些重建在真实空间中产生长程周期性。InP（001）不形成富金属（4x 2）重构，这是令人惊讶的，因为（4x 2）重构已经被称为通用表面重构，因为所有III-V（001）表面被认为有利于其形成。
2015-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A 350 mK, 9 T scanning tunneling microscope for the study of superconducting thin films and single crystals
我们报道了一种低温、高场扫描隧道显微镜（STM）的结构和性能，该显微镜工作温度低至350 mK，磁场高达9 T，具有薄膜沉积和原位劈裂能力。主要的重点在于STM头的简单设计，允许顶部加载的样品和创新的样品架设计，使我们能够获得光谱数据的超导薄膜原位生长在绝缘衬底上。文中还介绍了样品输送、样品室和隔振方案等其他设计细节。我们通过对NbSe 2单晶的原子分辨率成像和光谱以及对均匀无序的NbN薄膜的光谱图证明了我们的仪器的能力。
2013-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
In-situ Plasma Studies using a Direct Current Microplasma in a Scanning Electron Microscope
本文在扫描电子显微镜内构建稳定直流辉光放电微等离子体装置，实现等离子体作用下样品演化的实时原位成像，并验证局部溅射、氧化及参数调控能力。
2023-08-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Etching of Cr tips for scanning tunneling microscopy of cleavable oxides
我们报告了一个详细的三步路线图的自旋极化扫描隧道显微镜的散装铬提示的制造和表征。我们的策略独特地避免了清洁表面或薄膜的超高真空制备需求。首先，我们证明了$ex$ - $situ$电化学蚀刻参数对Cr尖端顶点几何形状的作用，使用超过70个蚀刻尖端的扫描电子显微镜照片。第二，我们描述了层状反铁磁体La $_{1.4}$ Sr $_{1.6}$ Mn $_2$ O $_7$的$in$ - $situ$解理表面的适用性，以评估Cr尖端的自旋特性，代替在先前的研究中使用的UHV制备的测试样品。第三，我们概述了一个统计算法，可以有效地描绘紧密间隔或不规则的解理台阶边缘，以最大限度地提高台阶高度和自旋极化测量的准确性。
2017-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Fast determination of thickness through scanning moiré fringe in scanning transmission electron microscopy
样品厚度是透射电子显微镜（TEM）成像中的一个重要参数，用于解释图像对比度和理解性能与微观结构之间的关系。在这项研究中，我们介绍了一种基于扫描莫尔条纹（SMF）的扫描透射电子显微镜（STEM）模式下确定厚度的方法。使用聚焦系列SMF成像可以在中等放大率下原位确定样品厚度，在很大程度上避免了光束损伤和污染。该方法为TEM成像中厚度的确定提供了一种快速方便的方法，特别适用于金属有机框架等束敏感材料。
2021-11-12 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Direct writing of high temperature superconducting Josephson junctions using a thermal scanning probe
本文首次提出用热扫描探针在 YBCO 微带中直写弱连接制备约瑟夫森结，临界电流降低一个数量级以上，为液氮温区量子电路扩展和结性质原位调控提供了新方法。
2024-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
In-situ scanning tunneling microscopy observation of thickness-dependent air-sensitive layered materials and heterodevices
准二维（Quasi-2D）范德华（vdW）材料由于其强的层内键合和弱的层间vdW相互作用而可以机械或化学剥离成单层。由于这种独特的性质，人们经常可以从这些准2D vdW材料中发现奇异的厚度依赖性电子性质，这可能导致带隙开放，出现超导性，或随着厚度的减小而增强的电荷密度波。表面敏感扫描隧道显微镜（STM）可以在真实空间中以原子级精度直接观察这种层状材料的结构和电子特性。然而，这是非常具有挑战性的，以保持空气敏感准二维材料的制备和测量之间的本征表面。此外，剥离后的vdW 2D晶体由于其小尺寸（< 10 μm）而极难用典型的STM装置进行探索。在这里，我们提出了一种与具有光学访问的任何STM设置兼容的简单方法：（1）在手套箱中剥离和/或堆叠分层材料，（2）使用手提箱将它们转移到超高真空STM室而不暴露于空气，以及（3）导航表面以定位具有不同厚度的剥离的vdW 2D薄片。我们成功地证明了空气敏感的Fe $_3$ GeTe $_2$的清洁表面可以有效地防止在转移过程中不必要的氧化。此外，我们的方法提供了一种简单但有用的方法来访问一个特定的微小堆叠的分层材料，而无需任何非原位制造过程的STM导航。我们的实验改进将开辟一个新的途径，通过表面敏感技术，包括STM研究空气敏感的层状VDW材料与不同的厚度。
2022-12-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Scanning Tunneling Microscopy of Gate Tunable Topological Insulator Bi2Se3 Thin Films
拓扑绝缘体（TI）载流子密度的电场控制极大地扩展了这些材料的实际应用。然而，低温局部探针研究和栅极可调TI器件的组合仍然具有挑战性。我们已经克服了这一限制，通过扫描隧道显微镜和光谱测量原位分子束外延生长Bi2Se3薄膜SrTiO 3衬底上的预图案化电极。使用这种门控方法，我们能够移动费米能级的顶面态由250毫电子伏的3纳米厚的Bi2Se3设备。我们报告的表面态色散，带隙，在费米能级的电子结构的场效应研究。
2013-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In Situ Nanometer-Resolution Strain and Orientation Mapping for Gas-Solid Reactions via Precession-Assisted Four-dimensional Scanning Transmission Electron Microscopy
本研究提出结合MEMS密闭电池TEM样品台、旋进辅助4D-STEM和直接电子探测器的方法，实现了温控气体环境下大视场原位纳米级应变与取向映射，为材料化学机械演化定量分析提供了稳健框架。
2025-04-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
In-situ electrochemical fabrication of natural contacts on single nanowires
我们报道了一种基于模板的原位电化学方法，使用一对交叉图案化电极在单根纳米线上制造自然电接触。这种电接触在室温和毫开尔文温度之间的热循环时是高度稳定的。使用扫描电子显微镜的单纳米线接触的直接成像也被证明。
2003-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Design and Application of Variable Temperature Environmental Capsule for Scanning Electron Microscopy in Gases and Liquids at Ambient Conditions
本文为现有SEM环境舱设计热电冷却/加热装置，实现-15至100 °C下气体、液体及冷冻环境中的原位观测，并以蝴蝶翅鳞水凝结验证其应用价值。
2015-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Influence of resonant tunneling on the imaging of atomic defects on InAs(110) surfaces by low-temperature scanning tunneling microscopy
我们用低温扫描隧道显微镜（STM）研究了重掺杂半导体杂质半导体InAs晶体的表面。晶体沿（110）面原位裂开。除了原子级平坦的区域，我们还观察到两种主要类型的原子级缺陷，可以确定为S掺杂剂原子和作为空位，分别。的STM图像的杂质的强偏压依赖性可以解释在共振隧穿通过本地化的状态是存在于附近的杂质。
1999-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Scanning Tunneling Microscopy Study on Hexaborides
我们比较STM调查两个六硼化合物，钐$_6$和铕$_6$，在努力提供一个全面的图片，其表面结构特性。后者是特别重要的SmB $_6$的表面状态的性质研究的表面敏感的工具。除了经常遇到的原子粗糙的表面形貌{ \it原位}，低温裂解的样品，不同的重建以及B-终止，更罕见的是，稀土终止区域可以被发现。
2020-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Latent mechanisms of polarization switching from in situ electron microscopy observations
原位扫描透射电子显微镜能够观察铁电材料中的畴动力学作为外部施加的偏压和温度的函数。由此产生的数据集包含了丰富的信息极化开关和相变机制。然而，从观测数据集识别这些机制仍然是一个问题，由于大量的各种可能的配置，其中许多是简并的。在这里，我们介绍了一种基于旋转不变变分自动编码器（VAE）的方法，该方法可以学习数据的潜在空间表示，并将多个实空间旋转等价变量映射到相同的潜在空间描述符。通过改变VAE中训练子图像的大小，我们调整了结构描述符的复杂程度，从简单的畴壁检测到开关路径的识别。这为介观电子、扫描探针、光学和化学成像中的动态数据探索提供了一个强有力的工具。此外，这项工作增加了将物理约束纳入机器和深度学习方法的知识体系，以改进物理现象的学习描述符。
2020-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Design and performance of an ultra-high vacuum spin-polarized scanning tunneling microscope operating at 30 mK and in a vector magnetic field
我们描述的设计和性能的扫描隧道显微镜（STM）的基础温度为30 mK的矢量磁场。低温是基于一个超高真空（UHV）顶部加载湿稀释冰箱，其中包含一个矢量磁铁，允许场高达9 T垂直和4 T平行于样品。STM被放置在一个多腔室的超高真空系统中，该系统允许原位制备和交换样品和尖端。整个系统安装在一个150吨重的混凝土块上，由气动隔离器悬挂，安装在一个隔音和电磁屏蔽的实验室中，该实验室针对极低噪声的扫描探头测量进行了优化。我们展示了整体性能，说明原子分辨率和准粒子干涉成像和详细的实验室和显微镜的振动噪声。我们还通过测量Re（0001）的超导能隙来确定电子温度，并说明了Pt（111）上单个Fe原子的自旋激发的依赖于磁场的测量。最后，我们通过对W（110）上Fe双层的磁结构成像来证明自旋分辨率。
2018-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A platform for in situ synthesis in a STEM
本文提出并验证了一种用于扫描透射电子显微镜的原位热沉积平台，实现了Sn原子从灯丝蒸发并输送到样品上，为原子级材料合成与实时原子分辨率成像提供了新途径。
2023-02-27 cond-mat.mtrl-sci
High temperature in situ SEM assessment followed by ex situ AFM and EBSD investigation of the nucleation and early growth stages of Fe-Al intermetallics
采用扫描电子显微镜（SEM）、非原位原子力显微镜（AFM）和电子背散射衍射（EBSD）等专用原位加热装置，在596 °C下对Fe-Al金属间化合物（IM）的成核和早期生长阶段进行了表征。位置跟踪用于解释进一步的表征。非原位原子力显微镜观察揭示了轻微的收缩和平面突起的IM在发病IM成核，然后定向生长。通过非原位EBSD鉴定了所形成的界面IM化合物。现在清楚地表明，在η相的扩散控制生长之前，θ相首先成核。θ相占金属间化合物层的优势。
2021-03-31 cond-mat.mtrl-sci
MEMS-based in situ electron-microscopy investigation of rapid solidification and heat treatment on eutectic Al-Cu
通过原位扫描透射电子显微镜（STEM）实验研究了共晶AlCu试样的凝固行为。通过经由基于微机电系统（MEMS）的膜施加各种冷却条件来改变固化条件。该方法允许使用的材料处理的熔融和铸造路线接近工业的机械制造的材料在原位STEM固化研究。不同的快速凝固形态可以得到单独的一个试样上所展示的策略。额外的凝固后热处理的观察在高温退火过程中的片层的球化进行了研究。
2022-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermal response of an in-situ STEM MEMS chip under rapid pulse heating
Montanuniversität Leoben（莱奥本矿业大学）
本研究提出一种利用任意波形发生器和串联分流器测量原位STEM MEMS芯片冷却响应的方法，发现电阻温度演化较慢，时间常数为1.80 ms，平均冷却速率约7.9×10^4 K/s，为快速脉冲加热实验提供了热路径速率界限。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Identification and Correction of Temporal and Spatial Distortions in Scanning Transmission Electron Microscopy
扫描透射电子显微镜（STEM）已成为定量表征材料的原子结构的首选技术，其中原子柱从高对称位置的微小位移可用于映射应变、极化、八面体倾斜以及其他物理和化学序参量场。后者可用作介观和原子模型的输入，提供对原子水平上材料的相关关系和生成物理的洞察。然而，这些定量应用的干有必要了解显微镜引起的图像失真和发展的途径，以补偿他们都作为一个快速的校准程序的一部分，在原位成像，和实验后的数据分析阶段。在这里，我们探索的时空结构的微观扭曲STEM使用多变量分析的原子轨迹的图像堆栈。基于主成分分析（PCA）的行为，我们开发了高斯过程（GP）为基础的回归方法量化的失真函数。这种方法的局限性和可能的战略实施的一部分，在线数据采集STEM进行了讨论。分析工作流程总结在一个可用于追溯分析和分析阅片人数据的Xuyter笔记本中。
2021-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mitigating E-beam-induced Hydrocarbon Deposition on Graphene for Atomic-Scale Scanning Transmission Electron Microscopy Studies
在（扫描）透射电子显微镜（（S）TEM）研究中使用的CVD生长的石墨烯必须经历从生长表面（通常为Cu箔）到TEM网格的一个原子厚的膜的小心转移。在这个转移过程中，石墨烯总是被异物污染。这种污染在（S）TEM中被证明是非常成问题的，因为通常>95%的石墨烯被遮蔽，并且原始区域的成像导致电子束诱导的烃沉积，这进一步起到遮蔽期望的成像区域的作用。在这篇文章中，我们研究了两种清洁技术的CVD生长的石墨烯，减轻两个方面的污染问题：可见的污染覆盖的石墨烯，和不可见的污染，沉积在电子束照射下的石墨烯。可见污染物可以通过原位快速热退火到1200 ℃而快速去除，并且不可见的电子束沉积污染物可以在（S）TEM中成像之前通过Ar/O2退火过程去除。
2017-09-01 cond-mat.mtrl-sci
In situ visualization of Ni-Nb bulk metallic glasses phase transition
本文报道了镍基大块非晶合金的结构演化和晶化行为的原位研究结果。采用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、纳米束衍射（NBD）、差示扫描量热仪（DSC）、径向分布函数（RDF）和扫描探针显微镜/光谱（STM/STS）等技术对Ni 63. 5 Nb 36. 5玻璃晶化前后的结构和电子性质进行了分析。结果表明，Ni 63.5Nb 36.5合金在低于完全晶化温度的条件下可以发生部分表面晶化。根据我们的STM测量，初始结晶最初是从Ni 3 Nb相形成开始的。结果表明，由于可能的表面重构，表面结晶与体相结晶有很大不同。提出了Ni 63.5Nb 36.5玻璃合金二维晶化的机制，对应于局部亚稳（3x 3）-Ni（111）表面相的形成。不同的表面纳米结构的发展的可能性的原始玻璃态合金在超高真空中的退火温度低于，比晶化温度。均方表面粗糙度参数Rq的增加，而从玻璃态到完全结晶状态，可以引起的Ni 3 Nb和Ni 6 Nb 7体相的并发生长。提出了估算Ni_（63.5）Nb_（36.5）团簇尺寸的简单经验模型，计算值（7.64 A，8.08 A）与STM测量值（8 A-10 A）符合较好。
2013-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Predictive drift compensation of multi-frame STEM via live scan modification
Trinity College Dublin, The University of Dublin（都柏林三一学院，都柏林大学）；University of Warwick（华威大学）；Imperial College London（伦敦帝国学院）
本文提出通过分析历史帧预测未来帧采样网格点，以减少样本漂移导致的图像畸变，适用于原子级成像和低倍率原位视频捕捉。
2026-04-22 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Design and performance of an ultrahigh vacuum spectroscopic-imaging scanning tunneling microscope with a hybrid vibration isolation system
本文设计并验证了一套由气动被动与压电主动隔振台组成的超高真空SI-STM系统，结合1K低温、9T磁场和原位针尖处理，实现了长达7天的高分辨率量子材料测量。
2023-11-27 cond-mat.mtrl-sci
The instrument response function in air-based scanning tunneling microscopy
在透射电子显微镜（TEM）中，点和线分辨率之间的区别是因为成像亚0.2 nm条纹的能力是成像单个原子的必要条件，但不是充分条件。在扫描针尖显微镜，在TEM，仪器响应的经验数据应先于断言点分辨率。在"慢扫描极限“中，时域噪声和几何效应解耦，并且尖端形状可以起到2维脉冲响应函数的作用。我们在这里表明，核轨道坑可以用来定量测量尖端几何形状与纳米级的分辨率在三维空间，固定的尖端图像提供了一个强大的测量时域不稳定性，当这些数据之前和之后采取的成像未知，图像与仪器响应定量约束实验是可能的。试样引起的尖端效应也成为可测量的原位。
1997-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
In-situ spectroscopy of intrinsic Bi2Te3 topological insulator thin films and impact of extrinsic defects
结合原位X射线光电子能谱，扫描隧道谱和角分辨光电子能谱的分子束外延生长的Bi2Te3晶格失配的衬底上揭示了高品质的化学计量薄膜的拓扑表面状态没有贡献的费米能量的体带。在费米能的体状态的情况下，实现没有反掺杂。我们观察到，Bi2Te3的表面形态和电子能带结构不受真空存储和暴露于氧气的影响，而主要的变化时，观察到暴露于环境条件。这些薄膜有助于定义通向本征拓扑器件的途径。
2015-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Structure-Dynamics Correlation in Metallic Glass Revealed by 5-Dimensional Scanning Transmission Electron Microscopy
本研究利用五维扫描透射电子显微镜，在Zr50Cu40Al10中原位观察玻璃化转变温度附近的动态与结构异质性，直接揭示有序原子结构具有缓慢动力学且其有序度随温度升高而降低。
2023-05-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
