First-principles electrostatic potentials for reliable alignment at interfaces and defects
不同原子组态之间的静电势的对准对于跨界面的能带偏移和带电缺陷的形成能的第一性原理计算是必要的。然而，这种潜在的强烈振荡，在原子尺度上的对齐具有挑战性，特别是当原子的几何形状发生很大变化，从散装附近的缺陷和接口。我们介绍了一种方法来抑制这些强烈的振荡，通过消除在每个原子的潜力深井。我们证明，这种方法大大提高了系统大小的收敛依赖于排列的静电势，包括带偏移在固液界面，在固体和固体表面在真空中的带电空位的形成能的第一性原理预测的范围很广。最后，我们使用这种方法结合连续溶剂化理论来研究在固液界面的带电空位的能量。我们发现，在水中的NaCl（001）表面的例子中，溶剂化减少了带电空位的形成能量0.5 eV：由于分子动力学方法的计算成本，这个重要的影响的计算以前是不切实际的。
2017-02-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Controlling magnetism in 2D CrI3 by electrostatic doping
二维（2D）材料的原子厚度提供了一个独特的机会，通过静电掺杂来控制材料性能和设计新的功能。静电掺杂已经被证明可以在很宽的范围内调节2D材料的电学和光学性质，以及驱动电子相变。最近发现的原子级薄的磁性绝缘体开辟了电控制磁和具有前所未有的性能的新器件的前景。在这里，我们展示了单层和双层碘化铬的磁性控制静电掺杂使用双栅场效应器件结构。在单层CrI3，掺杂显着修改的饱和磁化强度，矫顽力和居里温度，表现出增强（减弱）磁序与空穴（电子）掺杂。值得注意的是，在双层CrI3掺杂急剧改变层间磁秩序，导致从反铁磁基态在原始形式的铁磁基态以上的临界电子密度的过渡。结果表明，强烈的掺杂依赖的层间交换耦合，这使得在双层CrI3的磁化强度的小的栅极电压的鲁棒切换。
2018-02-20 cond-mat.mtrl-sci
The electrostatic potential of atomic nanostructures on a metal surface
本研究利用扫描量子点显微镜逐原子成像金属表面纳米结构的静电势，量化表面偶极矩，并通过密度泛函理论计算验证实验，揭示偶极形成机制，为纳米系统设计提供指导。
2023-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modeling of the electrostatic and transport properties of a simplified nanoscale field effect transistor
在密度泛函理论的框架下，建立了研究纳米尺度双栅硅平板静电特性的第一性原理模型。所施加的栅极电压近似为包围系统的超晶胞的边界上的静电势的变化。利用实空间格林函数估计电子密度，采用高效的多重网格和快速傅里叶泊松求解器从电荷密度计算静电势。在定域SIESTA原子轨道线性组合表象下，建立Kohn-Sham方程，并在局域密度近似下自洽求解系统的波函数。计算了小偏压下弹道输运穿过原子硅板的透射率。利用等效电容模型分析了硅平板中的电荷分布和静电势随栅压的变化。观察并讨论了量子限域效应和短栅效应。
2008-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarizable atomic multipoles for learning long-range electrostatics
Department of Chemistry, UC Berkeley, California 94720, United States（加州大学伯克利分校化学系）；Bakar Institute of Digital Materials for the Planet, UC Berkeley, California 94720, United States（为地球的数字材料巴卡研究所，加州大学伯克利分校）；Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, USA（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Chemical Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California, 94720, United States（劳伦斯伯克利国家实验室化学科学部）
本文提出一种半局部框架，利用可极化的原子多极子学习静电学，通过多极子层次和响应项提升势能面精度，尤其在长程效应关键系统中表现突出，恢复了物理意义的电响应。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.chem-ph
Investigation of the electrostatic potential of a grain boundary in Y-substituted BaZrO3 using inline electron holography
我们应用内联电子全息术来研究单个BaZr0.9Y0.1O3晶界的静电势。与全息，我们测量的晶界电位为-1.3 V。电子能量损失谱分析表明，在晶界处的钡空位的主要贡献者在这个样品中的势阱。此外，几何相分析和密度泛函理论计算表明，减少原子密度在晶界也有助于实验测量的势阱。
2019-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Investigating Atomic Contrast in Atomic Force Microscopy and Kelvin Probe Force Microscopy on Ionic Systems using Functionalized Tips
非接触式原子力显微镜（NC-AFM）和开尔文探针力显微镜（KPFM）已成为纳米技术的重要工具，然而，它们在原子尺度上的对比机制并不完全清楚。在这里，我们使用氯空位在NaCl双层Cu（111）作为模型系统，研究原子对比度作为施加电压，尖端高度和尖端功能化的函数。我们证明了原子尺度上的AFM对比度决定性地取决于针尖终止和样品电压。与此相反，局部接触电势差（LCPD）与KPFM采集显示相同的定性对比度的所有尖端终端调查，这类似于对比度的电场的样品。我们发现，原子力显微镜的对比度主要源于静电相互作用，但其尖端依赖性不能单独解释的尖端偶极子。借助于一个简单的静电模型和密度泛函理论，我们研究了潜在的对比机制。
2014-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Design of Electrostatic Aberration Correctors for Scanning Transmission Electron Microscopy
在扫描透射电子显微镜（STEM）中，产生高分辨率图像通常需要电子束聚焦到可能的最小点。然而，用于聚焦光束的磁透镜是不完美的，引入了限制分辨率的像差。现代STEM通过使用由许多多极透镜组成的硬件像差校正器来克服这一点，但是这些设备复杂、昂贵并且可能难以调谐。我们演示了一种静电相位板的设计，可以作为像差校正器。校正器由环形段组成，每个环形段是独立的两端器件，可以向电子束的一部分施加恒定或斜坡相移。我们使用静电校正器的图像分辨率的改善。工程标准强加的探针形成孔径内的大部分光束被支撑杆阻挡，导致校正探针的大探针尾部，其对超出中央瓣的样品进行采样。我们还展示了如何使用该设备来创建其他STEM光束轮廓，如涡旋光束和具有高度相位多样性的光束，这提高了重叠关联重建中的信息传输。
2023-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Multi-scale approach for the prediction of atomic scale properties
电子近视是支配凝聚态物质行为的基本原理之一，并支持用化学键等局部实体来描述它。局部性也是机器学习计划取得巨大成功的基础，这些计划预测量子力学可观测值-例如内聚能，电子密度或各种响应特性-作为原子中心贡献的总和，基于原子环境的短程表示。这些方法的主要缺点之一是它们无法捕获从静电相互作用到量子离域的物理效应，这些物理效应具有长程性质。在这里，我们将展示如何建立一个多尺度的计划，结合在同一个框架的本地和非本地的信息，克服这些限制。我们表明，这种功能的最简单的版本可以放在正式的对应多极扩展永久静电。然而，模型构建的数据驱动性质使得这种简单的形式也适合处理不同类型的离域效应和集体效应。我们提出了几个例子，范围从分子物理学，表面科学和生物物理学，展示了这种多尺度的方法来模拟由静电，极化和色散驱动的相互作用，以及介电响应函数的合作行为的能力。
2020-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph stat.ML
opt-DDAP: Optimisable density-derived atomic point charges via automatic differentiation
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本文提出opt-DDAP方法，通过自动微分优化改进传统DDAP电荷计算，提升复杂体系的数值稳定性与计算精度。
2026-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Structural Semiconductor-to-Semimetal Phase Transition in Two-Dimensional Materials Induced by Electrostatic Gating
通过原子结构变化动态控制电导率和光学性质在信息存储中具有巨大的技术重要性。能量消耗的考虑提供了在装置中采用薄材料的驱动力。单层过渡金属二硫属化物是几乎原子级薄的材料，其可以以多种晶体结构存在，每种晶体结构具有不同的电学性质。使用密度泛函方法，我们发现，静电门控器件配置有可能驱动结构的半导体到半金属相变在一些单层过渡金属dichalcogenides。这是第一次，我们表明，这种相变的动态控制可以实现精心设计的电子器件。我们发现，在单层MoTe 2的半导体到半金属相变可以驱动的栅极电压的几个伏特与适当的选择的电介质。在单层TaSe 2的结构转变预测发生在类似的条件下。虽然这两种材料所需的场的大小是大的，我们发现，可以通过合金化，例如MoxW 1-xTe 2单层的过渡的栅极电压任意降低。我们已经开发了一种方法计算单层材料的相图相对于电荷和电压，通过比较直接计算和实验测量验证。我们的研究结果确定了一种新的物理机制，不存在于散装材料，动态控制结构相变在二维材料，使相变电子器件的潜在应用。
2016-01-15 cond-mat.mtrl-sci
A Fourth-Generation High-Dimensional Neural Network Potential with Accurate Electrostatics Including Non-local Charge Transfer
机器学习潜力已经成为许多领域原子模拟的重要工具，从化学到分子生物学再到材料科学。然而，大多数已建立的方法依赖于局部性质，因此无法考虑电子结构的全局变化，这是由长程电荷转移或不同的电荷状态引起的。在这项工作中，我们克服了这一限制，通过引入第四代高维神经网络电位相结合的电荷平衡计划，采用环境依赖的原子电负性与准确的原子能量。该方法能够正确描述任意系统中的全局电荷分布，产生了更高的能量，并大大扩展了现代机器学习潜力的适用性。这是证明了一系列的系统，代表典型的情况下，化学和材料科学，是不正确的描述目前的方法，而第四代神经网络潜力是在良好的协议与电子结构计算。
2020-09-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
A simple KPFM-based approach for electrostatic-free topographic measurements: the case of MoS$_2$ on SiO$_2$
开尔文探针力显微镜的一个简单的实施报告，使记录的地形图像的情况下，任何组件的静电力。我们的方法是基于一个闭环z-光谱数据立方体模式操作。将尖端-样品距离的曲线作为时间的函数记录到2D网格上。专用电路保持KPFM补偿偏置，并随后在光谱采集内的明确定义的时间窗口期间切断调制电压。从光谱曲线矩阵重新计算地形图像。这种方法适用于过渡金属二硫属化物（TMD）单层氧化硅衬底上的化学气相沉积生长的情况。此外，我们检查在何种程度上也可以通过记录一系列图像来执行适当的堆叠高度估计，以减小偏置调制幅度的值。这两种方法的输出被证明是完全一致的。结果表明，在超高真空下的非接触式原子力显微镜的操作条件下，堆叠高度值可以显着高估，由于在尖端表面电容梯度的变化，即使KPFM控制器无效的电势差。我们表明，原子层的TMD的数量可以安全地评估，只有当KPFM测量与调制偏置振幅减少在其严格的最小值，甚至更好，没有任何调制偏置。最后，光谱数据显示，在TMD/氧化物界面的缺陷可以有一个违反直觉的静电景观的影响，导致在一个明显的下降，通过传统的纳米原子力显微镜/KPFM相比，无缺陷的样品区域测得的堆叠高度。因此，无静电z成像被证明是一种很有前途的工具，以评估在氧化物上生长的原子级薄TMD层中是否存在缺陷
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Scanning Quantum Dot Microscopy
原子和分子物体之间的相互作用在很大程度上由这些物体产生的纳米级静电势定义。我们介绍了一种扫描探针技术，使三维成像的局部静电势场与亚纳米分辨率。登记单电子充电事件的分子量子点连接到一个（qPlus音叉）原子力显微镜的尖端在5 K下操作，我们定量测量的四极场的单个分子和一个单一的金属吸附原子的偶极场，都吸附在一个干净的金属表面。由于其高灵敏度，该技术可以记录静电电位在很大的距离，从他们的来源，这首先将有助于图像复杂的样品增加表面粗糙度。
2015-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Determination of the Bending Rigidity of Graphene via Electrostatic Actuation of Buckled Membranes
石墨烯膜的小质量和原子级厚度使它们非常适合于纳米机电装置，例如质量传感器、高频谐振器或存储元件。虽然只有原子厚度，但石墨烯膜的许多机械性质可以通过经典连续介质力学来描述。用于预测石墨烯纳米机电装置的性能和线性度以及用于描述波纹形成和其他性质（例如电子散射机制）的重要参数是弯曲刚度κ。尽管这个参数的重要性，它到目前为止只间接估计单层石墨烯的声子谱的石墨，估计从原子力显微镜测量或预测从头计算或键序势模型。在这里，我们采用了一种新的方法，通过利用预屈曲石墨烯膜中的突变不稳定性来实验测定κ。我们证明了可重复制造的凸屈曲的石墨烯膜通过控制在制造过程中的热应力，并显示突然切换从凸到凹的几何形状时，通过下面的栅电极施加静电压力。双层石墨烯膜在环境条件下的弯曲刚度被确定为$35.5^{+20}_{-15}$ eV。单层具有比双层显著更低的κ。
2012-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
True Atomic-Resolution Imaging under Ambient Conditions via Conductive Atomic Force Microscopy
表面的原子尺度特征决定了从催化到摩擦等众多科学现象的原理。尽管如此，我们在原子尺度上可视化和改变表面的能力仍然受到相关方法实现高空间分辨率的严格条件的严重阻碍。特别是，用于实现原子分辨率成像的两种主要方法-扫描隧道显微镜（STM）和非接触式原子力显微镜（NC-AFM）-通常在超高真空（UHV）下进行，并且通常在低温下进行。也许更重要的是，在这种良好控制的原始条件下获得的结果与通常在环境条件下发生的大多数过程和应用几乎没有相关性。因此，一种可以在环境条件下在原子尺度上对表面进行鲁棒成像的方法长期以来一直被认为是表面科学的“圣杯”。在这里，通过对二硫化钼（MoS 2）的原理验证测量，我们报告说，导电原子力显微镜（C-AFM）的方法可以用于在环境条件下实现真正的原子分辨率成像，如通过单个原子空位的成像所证明的那样，而无需对操作环境或精细的样品制备进行任何控制。虽然这一显着的观察背后的物理机制尚未阐明，我们的方法克服了许多与STM和NC-AFM相关的经典限制，研究结果预示着C-AFM作为一个强大的工具，在环境条件下的原子分辨率成像的潜在出现。
2021-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thin polymerized C60 coatings deposited in electrostatic field via electron-beam dispersion of fullerite
本研究的目的是澄清富勒烯C60电子束分散（EBD）产品的电荷组成，并通过施加额外的静电场的基板上的沉积涂层的结构上的富勒烯离子和电子的影响进行调查。发现C60 EBD产物中含有正富勒烯离子和正电子。通过使用拉曼和衰减全反射傅里叶变换红外光谱，X-射线光电子能谱学，激光解吸/电离质谱和原子力显微镜，它表明，辅助的电子额外加速到300 eV的结果在形成的哑铃和花生形的C60聚合物的混合物。另外加速至300 eV的正富勒烯离子的协助导致形成共价键合的富勒烯分子的高度交联的随机3D网络。
2012-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Direct Measurement of Periodic Electric Forces in Liquids
利用由两个周期性偏压电极构成的微电化学池测量了溶液中作用在原子力显微镜针尖上的电力。力作为一个函数的升降机高度和偏置振幅和频率进行测量，提供洞察液体中的静电相互作用。真实空间映射的垂直和横向分量的静电力作用在尖端从偏转和扭转的悬臂梁演示。该方法能够直接探测液体环境中电泳和介电自组装以及电镊子操作中涉及的静电力和对流力。
2007-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic force spectroscopy of near-surface localized states
在低温下的静电力显微镜用于探测导电原子力显微镜尖端和半导体上的绝缘层中的局域态中捕获的电子电荷的静电相互作用。测量的悬臂梁的频率偏移作为尖端样品的函数时，尖端位于陷阱中心附近的某些电压显示离散的峰值。这些离散的频率变化归因于一个接一个的填充个别电子状态时，量子化的能量穿过衬底导带费米能量作为尖端样品电压增加。实验的理论分析表明，这种测量的悬臂梁频移作为偏置电压的函数可以被解释为一个AC力的测量，从其中的光谱信息的位置，能量和隧穿时间的本地化状态可以推断。给出了用InAs量子点作为陷阱中心的样品的实验结果。
2004-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Adsorbate induced enhancement of electrostatic non-contact friction
研究了偏压作用下原子力显微镜针尖与金属基体之间的非接触摩擦。摩擦是由于偏置电压在尖端表面上感应的振荡电荷产生的电磁场在样品中产生的能量损失。我们表明，摩擦可以提高许多数量级，如果广告orbate层可以支持声振动。该理论预测的大小和摩擦的距离依赖性与最近令人困惑的非接触摩擦实验\cite{Stipe}的一个很好的协议。我们证明，即使是一个孤立的吸附质可以产生足够高的摩擦实验测量。
2006-05-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Vibrational Spectroscopy at Atomic Resolution with Electron Impact Scattering
原子振动控制材料中的所有热激活过程，包括扩散、热传输、相变和表面化学。单色，像差校正扫描透射电子显微镜（STEM）的最新发展，使纳米级探测振动模式使用聚焦电子束。然而，到目前为止，还没有实验原子分辨率振动光谱的报道。在这里，我们证明了原子分辨率利用本地化的冲击激发材料中的振动模式。我们表明，在共价和离子材料的影响信号产生高的空间分辨率，原子分辨率可从光学和声学振动模式。我们实现了优于2 μ m的空间分辨率，这是一个数量级的改进相比，以前的工作。我们的方法代表了一个重要的技术进步，可用于提供新的见解之间的关系的热，弹性和动力学性质的材料和原子结构的异质性。
2018-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Spatial Mapping of Electrostatics and Dynamics across 2D Heterostructures
原位电子显微镜是理解二维结构中驱动新现象的机制的关键工具。不幸的是，由于各种实际的挑战，技术相关的2D异质结证明具有挑战性的电子显微镜解决。在这里，我们使用微分相衬成像技术，建立一个方法，用于探测局部静电场在电操作与纳米级精度在这样的材料。我们发现，通过结合一个传统的DPC设置与高通滤波器，我们可以在很大程度上消除从短程原子势发出的电波动。利用该方法，先验电场期望可以直接与实验导出的值进行比较，以容易地识别不均匀性和潜在的问题区域。我们使用该平台来分析hBN和MoS 2层之间的电场和电荷密度分布。
2021-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic potential mapping at ferroelectric domain walls by low-temperature photoemission electron microscopy
用低温X射线光电子显微镜（X-PEEM）测量了反常铁电体Er_（0.99）Ca_（0.01）MnO_3中畴壁处的电势。通过将X-PEEM与扫描探针显微镜和理论相结合，我们开发了一个模型，该模型将检测到的X-PEEM对比度与未补偿的束缚电荷的出现联系起来，解释了基于固有电子畴壁特性的图像形成。与以前应用的低温静电力显微镜（EFM）相比，X-PEEM很容易区分域壁的正和负束缚电荷。我们的研究引入了一种基于X-PEEM的低温静电势映射方法，促进了纳米级空间分辨率和0.1-1秒量级的数据采集时间。
2020-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Structure retrieval at atomic resolution in the presence of multiple scattering of the electron probe
利用新一代快速读出电子照相机记录的实验扫描透射电子显微镜数据，以原子分辨率重建了厚晶体的投影静电势。这个实用的和确定性的反演方程封装的多次散射，是由贝特在1928年写下消除了限制建立的方法来测量（$\lesssim 50$）的样本。已经上线的仪器可以克服剩余的分辨率限制的影响，在这种方法中，由于有限的探针形成孔径大小，空间不相干性和剩余的透镜像差。
2018-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Imaging of atomic orbitals with the Atomic Force Microscope - experiments and simulations
原子力显微镜（AFM）是一种机械轮廓技术，允许以原子分辨率成像表面。最近在减少这种技术的噪声方面取得的进展已经导致了一个分辨率水平，在这个分辨率水平上观察到了以前无法检测到的单原子图像的对称性。这些对称性与原子间力的性质有关。利用原子力显微镜（AFM）研究了Si（111）-（7 x7）表面，并利用化学和静电模型力模拟了AFM图像。详细解释了从针尖-样品力的图像的计算，并讨论了成像参数的影响。由于Si（111）-（7 x7）表面的结构是非常已知的，因此使用吸附原子图像的形状来确定尖端结构。讨论了原子轨道在原子力显微镜和扫描隧道显微镜上的可观测性。
2001-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Atomic scale imaging of the negative charge induced by a single vanadium dopant atom in monolayer WSe$_2$ using 4D-STEM
本研究利用4D-STEM对单层WSe2中单个钒掺杂原子诱导的负电荷进行原子尺度成像，通过质心重建和模拟比较，实现了对掺杂剂电荷态的检测与分析。
2023-10-13 cond-mat.mtrl-sci
AFM's path to atomic resolution
本文综述了真空中原子力显微镜（AFM）空间分辨率的研究进展。在介绍了基本原理和扫描隧道显微镜的概念比较后，概述了AFM的主要挑战和在其存在的前二十年中发展的解决方案。沿着AFM的路径走向更高的分辨率的一些关键步骤进行了讨论，其次是对当前和未来的应用前景。
2005-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Toward two dimensional MoS2 electrets
Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati (ISMN) - Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（纳米结构材料研究所（ISMN）- 意大利国家研究委员会（CNR））；Istituto per la microelettronica e microsistemi (IMM) Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Rome unit（微电子与微系统研究所（IMM）- 意大利国家研究委员会（CNR），罗马分部）；Istituto dei Materiali per l'Elettronica ed il Magnetismo (IMEM) - Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（电子与磁性材料研究所（IMEM）- 意大利国家研究委员会（CNR））；Department of Mathematical, Physical and Computer Sciences, University of Parma（帕尔马大学数学、物理和计算机科学系）；Dipartimento di Chimica “ U. Schiff” Università di Firenze（佛罗伦萨大学“U. Schiff”化学系）
该研究通过可控硫空位工程将单层MoS₂转化为首个二维驻极体，利用空位作为深电子陷阱实现准永久电荷存储，同时调控激子行为，为二维功能材料设计提供新途径。
2026-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Electromagnetic Properties of Periodic Nanostructures Using Electrostatic Resonances
周期性二维亚波长结构的电磁特性可以使用多个静电谐振的概念来设计，该结构由在具有正$ε_h$的电介质主体中具有负介电常数$ε$的材料的紧密堆积的夹杂物组成。麦克斯韦方程组的全电磁解揭示了多个波传播带，其波长比纳米结构周期长得多。结果表明，这些频带中的一些使用准静态理论的有效介电常数$ε_{qs}$，是独立的纳米结构周期。这些频带表现出多个截止和共振，发现它们通过对偶条件彼此相关。当给定的纳米颗粒中的磁矩被其相邻颗粒感生时，形成以负磁导率为特征的附加传播带。在该波段的亚波长分辨率成像证明。
2004-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Interferences of electrostatic moiré potentials and bichromatic superlattices of electrons and excitons in transition metal dichalcogenides
近年来的实验研究表明，过渡金属二硫属化物（TMD）中电子和激子云纹超晶格在量子多体模拟和量子光学应用中具有巨大的潜力。在这里，我们揭示了在TMDs异质结构的莫尔电位景观有一个静电起源的自发电荷转移的异质界面依赖于原子注册表。这允许通过来自多层中独立可配置的异质界面的莫尔势的干涉来工程化可调谐的多色超晶格。我们展示了MX2/M 'X'2/MX2三层膜中谷电子、空穴和层间三离子的双色莫尔势的例子，这些三层膜可以从多轨道周期性超晶格应变切换到准周期性无序景观。三层莫尔条纹还拥有两个独立配置的中性激子三角形超晶格，具有相反的电偶极子。这些发现极大地丰富了TMDs云纹作为量子模拟平台的通用性和可控性。
2020-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enabling atomic resolution in convergent beam EMCD measurements by the use of patterned apertures
我们给出了两种类型的实验演示最近提出的通风孔，可用于获取电子磁圆二向色性（EMCD）信号的区域轴取向与高空间分辨率。为了简化实验程序，我们提出了第三种类型的光圈和实验证明使用这种修改后的通风孔的情况下，在衍射图案的多重对称性。为了证明原子分辨率EMCD的可行性，获得了一系列光束会聚角的EMCD信号。获得了高质量的EMCD信号，其会聚角与原子分辨电子探针相对应。
2019-08-30 cond-mat.mtrl-sci
A Multi-scale Approach for Simulations of Kelvin Probe Force Microscopy with Atomic Resolution
距离依赖性和原子尺度的对比度观察到标称接触电势差（CPD）信号记录的绝缘和半导体样品的表面上，刺激理论试图解释这种影响。我们分两步解决这个问题。首先，在可调非均匀网格上用有限差分法处理宏观针尖-悬臂梁-样品系统的静电问题。然后将尖端尖端下的电场插入到一系列基于原子小波的密度泛函理论（DFT）计算中。结果显示了一个现实的中性，但反应性硅纳米级尖端与NaCl（001）样品相互作用。偏置相关的力和由此产生的原子位移计算到前所未有的精度。振幅调制（AM）和频率调制（FM）KPFM信号和相应的本地接触电势差（LCPD）的理论表达式通过结合宏观和原子贡献的静电力分量产生的电压调制频率，并评估几个尖端振荡幅度A高达10 nm。原子力相对于偏压的斜率在几伏特内基本恒定，是决定原子尺度LCPD对比度变化的基本量。已经高于A = 0.1 nm，两种模式下的LCPD对比度表现出与斜率几乎相同的空间依赖性。在AM模式中，该对比度与$A^{-1/2}$近似成比例，但仍然比FM模式中的对比度弱得多，FM模式中的对比度随着A的增加而下降得更快。这些趋势是宏观贡献的KPFM信号，这是更强的AM模式，特别重要的是，如果样品是一个绝缘体，即使在亚纳米分离的原子尺度的对比度出现的结果。
2012-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Atomic resolution imaging of the strength and 3D direction of atomic displacements in functional oxide thin films
University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心有限公司）；University of Cambridge（剑桥大学）；DEMCON high tech systems Eindhoven BV（埃因霍温DEMCON高科技系统有限公司）；Diamond Light Source Ltd.（钻石光源有限公司）；University of Oxford（牛津大学）
本文利用4DSTEM方法在(111) LSAT衬底上的La2CoMnO6薄膜中实现了对La位移方向和幅度的原子分辨率成像，揭示了界面附近位移被抑制且调制优先位于界面平面内，为原子分辨率晶体学开辟了新途径。
2025-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Nonlocal Electrostatics and Boundary Charges in Continuum Limits of Two-Dimensional Materials
本文研究二维材料电荷分布在晶格间距趋于零时的连续极限，通过边界电荷和偶极子分布给出均匀化静电势，并证明考虑边界电荷可消除极化定义的非唯一性，使总静电势、电场和能量唯一确定。
2025-09-22 cond-mat.mtrl-sci math.AP
Screening and atomic-scale engineering of the potential at a topological insulator surface
利用扫描隧道显微镜（STM）研究了三维拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$（111）表面Rb原子的分布，研究了其静电行为.带正电荷的离子被驻留在拓扑表面状态中的自由电子以及导带的带弯曲诱导的量子阱状态两者屏蔽，导致令人惊讶的短屏蔽长度。结合基于STM的原子操作的势能的理论描述，我们证明了在具有原子尺度控制的拓扑表面上创建定制的电子势景观的能力。
2013-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic resolution mapping of phonon excitations in STEM-EELS experiments
原子分辨电子能量损失谱实验在现代像差校正透射电子显微镜中是很常见的。随着电子单色器的不断改进，能量分辨率也在不断提高。然而，已知电子激发是离域的，这是由于带电的加速电子与样品中的电子的长程相互作用。这使得一些科学家质疑高空间和能量分辨率相结合的价值，以映射晶体中的带间跃迁和可能的声子激发。在本文中，我们实验证明，原子分辨率信息确实是在非常低的能量损失约100毫电子伏表示为零损失峰的展宽调制。仔细的数据分析使我们能够看到什么是可能的声子激发与能量损失和增益的一部分。这些实验证实了最近的理论预测的强烈本地化的声子激发，而不是电子激发，并表明，原子分辨率和最近的发展相结合，在增加能量分辨率将提供巨大的好处映射声子模式在真实的空间。
2014-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-driven atomic rearrangement at a brownmillerite-perovskite interface
氧化物异质结构的许多最新进展都归因于在原子定义良好的界面处的自旋、电荷、晶格和轨道序参量的修改。然而，由具有不同晶体对称性的材料组成的界面的结构、化学和静电演化的细节仍有待了解。在这项工作中，我们已经绘制出两种不同的材料，钙钛矿SrTiO 3和brownmillerite SrCoO 2. 5，使用高分辨率扫描透射电子显微镜和几何相分析的原子的界面连接。我们观察到独特的对称性失配驱动的原子位移仅限于前几个原子层，这可以严重改变系统的性质。SrCoO2.5由于其开放的骨架结构而成为一种很有前途的能源材料，因此在原子水平上对界面结构的进一步理解可以导致新型氧化物异质结构的合理设计。
2015-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Determining surface magnetization and local magnetic moments with atomic scale resolution
提出了一种在原子尺度上确定表面磁化方向和局部磁矩的方法。该方法包括高分辨率扫描隧道显微镜实验结合第一原理模拟的隧道电流。在W（110）上的反铁磁Mn覆盖层模型系统上证明了该方法的潜力。我们期望，它将最终允许研究掺杂剂或杂质附近的磁表面结构的详细变化。
2002-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional metallic ferroelectricity in PbTe monolayer by electrostatic doping
极性金属的铁电畸变和金属性同时并存的特点引起了人们的极大关注。在低维度下开发这样的材料仍然具有挑战性，因为传导电子和减小的维度都应该淬灭铁电性。在这里，基于第一性原理计算，我们报告的铁电行为的发现，在二维（2D）金属材料与静电掺杂，即使铁电性是非常规的原子尺度。我们发现PbTe单层膜是一种本征铁电体，其非中心对称的屈曲结构导致了明显的面外电极化的强度。在铁电单层中掺杂载流子可以保持铁电畸变，从而使掺杂的PbTe单层能够充当2D极性金属。从参数化的能量空间中提取有效哈密顿量，我们发现弹性-极性模相互作用对掺杂系统中存在鲁棒极性不稳定性具有重要意义.这种掺杂策略的应用并不局限于本晶体，而是相当普遍地应用于其他二维铁电体，以带来迷人的金属铁电性能。这一发现改变了人们对二维材料的传统认识，将有助于低维多功能材料的发展。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Physics Informed Neural Network Enhanced Denoising for Atomic Resolution STEM Imaging
针对原子分辨率STEM图像噪声问题，提出物理信息神经网络去噪框架，整合光谱保真度、总变差及亮度/对比度一致性损失，在降噪同时保留原子级细节，提升材料分析实用性。
2024-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Atomic resolution imaging at 2.5 GHz using near-field microwave microscopy
原子分辨率成像演示使用混合扫描隧道/近场微波显微镜（微波STM）。显微镜的微波通道对应于同轴微波谐振器的谐振频率和品质因数，该谐振器内置于STM扫描头中并耦合到探针尖端。我们发现，当针尖样品的距离是在隧道制度，我们获得原子分辨率的图像使用微波STM的微波通道。我们将微波通道中的原子对比度归因于通过尖端-样品隧道结的GHz频率电流。给出了HOPG和Au（111）表面的图象。
2010-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analytical Approach to the Local Contact Potential Difference on (001) Ionic Surfaces: Implications for Kelvin Probe Force Microscopy
建立了非接触式原子力显微镜（nc-AFM）针尖与离子晶体（001）表面之间的静电力的解析模型。该模型是能够占的局部接触电势差（CPD），而纳米原子力显微镜的开尔文探针力显微镜（KPFM）实验观察到的原子对比度。为了证明这种短程静电力的存在，本文首先导出了离子晶体表面的马德隆势。推导出的力的表达式可以分为两个主要的贡献：第一个代表尖端顶点的微观结构和尖端，离子晶体和反电极之间形成的电容器之间的耦合;第二个术语描述了Madelung表面电位对尖端的介观部分的影响，独立于其微观结构。这些短程静电力在10微微牛顿的范围内。当明确考虑晶体极化，偏置电压施加在尖端上，以补偿局部CPD，即取消短程静电力的解析表达式，推导。补偿后的CPD具有Madelung表面势的横向周期性。然而，强烈依赖于尖端的几何形状，施加的调制电压以及尖端样品的距离，这甚至可能导致高估的真实表面电位，使得定量KPFM测量的本地CPD非常困难。
2008-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
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
Achieving atomic resolution magnetic dichroism by controlling the phase symmetry of an electron probe
这里提出的计算表明，携带轨道角动量的电子探针只是一个特殊的情况下，更广泛的一类电子束，可用于测量电子磁圆二色性（EMCD）与原子分辨率。通过使用扫描透射电子显微镜的像差校正光学器件简单地破坏电子探针相位分布的对称性，可以获得具有原子分辨率的EMCD信号。探头所需的相位分布取决于样品的磁对称性和晶体结构。计算表明，利用电子探针的相位的EMCD信号是一样强的纳米衍射方法获得的那些。
2014-08-13 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
General Resolution Enhancement Method in Atomic Force Microscopy (AFM) Using Deep Learning
提出了一种用于原子力显微镜（AFM）图像后处理的分辨率增强方法。该方法基于深度学习神经网络在AFM形貌测量中的应用。在这项研究中，一个非常深的卷积神经网络的发展，以获得高分辨率的地形图像从低分辨率的地形图像。在这项研究中，从各种材料的AFM测量图像进行了测试。所得到的高分辨率AFM图像与在相同位置测量的实验测量的高分辨率图像相当。结果表明，该方法可以发展为一种通用的AFM图像后处理方法。
2018-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Atomic-resolution spectroscopic imaging of ensembles of nanocatalyst particles across the life of a fuel cell
通过像差校正光学器件实现的数据收集速度的千倍增加使我们能够克服电子显微镜悖论-如何获得单个纳米颗粒中原子分辨率的化学结构，同时记录来自非均匀群体的统计学显著样本。这使我们能够映射数百个Pt-Co纳米颗粒，以显示质子交换膜燃料电池中催化剂老化不同阶段的原子尺度元素分布，并将Pt壳层厚度与处理、颗粒尺寸、表面取向和有序性联系起来。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
