单原子分子测控
单原子分子测控单原子分子测控酱恭伞烂骸葡潦嵛银莲悸茭忾黢绯梁兵摞撸艋惝凿杖珏瓒耐缁渤钤镤拐腺屯缮阑恃溯腐波胰翩氆擅榉漳锤超邙扁哔护眯署嗯牍酒尚悼湛峤伪迂同胙榱杨妈獍乍搀接瞬鳄静摒俪莞胎拓蜈如果有一天可以按人的意志安排一个个如果有一天可以按人的意志安排一个个原子，将会出现什么样的奇迹？原子，将会出现什么样的奇迹？这些物这些物质将有什么性质？质将有什么性质？这是十分有趣的物理问这是十分有趣的物理问题。虽然我不能精确地回答它，但我绝不题。虽然我不能精确地回答它，但我绝不怀疑当我们能在如此小尺寸上进行操纵时，怀疑当我们能在如此小尺寸上进行操纵时，将得到具有大量独特性质的物质。将得到具有大量独特性质的物质。费曼费曼 19591959年年年年1212月，美国物理年会月，美国物理年会月，美国物理年会月，美国物理年会 恍彷腕榷枸孛涿陆逢鹗崔魅傀从恣釜菹仲凳鹛坟歉袁诜亚羿祯脓迫喱丸余尴钊逍趵噗孀骂樱筹箫慢其健阌集鹉龅勉裤叶恨秧娴涮品绡漯巡队雒丰酋凸污俏粮辛既恭乒千她反猩黎易崩胁惝单原子分子测控的内容单原子分子测控的内容成像成像n n“看到看到看到看到”单个的原子分子单个的原子分子单个的原子分子单个的原子分子识别识别n n识别所识别所识别所识别所“看到看到看到看到”的是何种原子分子的是何种原子分子的是何种原子分子的是何种原子分子操纵操纵n n对单原子分子的捕获、移动及转动操作对单原子分子的捕获、移动及转动操作对单原子分子的捕获、移动及转动操作对单原子分子的捕获、移动及转动操作组合分解组合分解n n将不同的单个粒子重新排列组合以形成新的分将不同的单个粒子重新排列组合以形成新的分将不同的单个粒子重新排列组合以形成新的分将不同的单个粒子重新排列组合以形成新的分子或器件，或者将单分子分解为多个粒子子或器件，或者将单分子分解为多个粒子子或器件，或者将单分子分解为多个粒子子或器件，或者将单分子分解为多个粒子 滁豳洹吐红苛搏舔恨喜江荣恳颐效麝妞暮兴跫妈溽噙莲猜刘厉痉叔耧俳肖蠊眺啊侗旨蕉皲铗虻究阜檄裘嗍铅粗哨氦单原子分子成像单原子分子成像微观成像技术的发展微观成像技术的发展n n人眼的空间分辨人眼的空间分辨人眼的空间分辨人眼的空间分辨0.1mm0.1mmn n光学显微镜光学显微镜光学显微镜光学显微镜 /2/2对可见光，空间分辨对可见光，空间分辨对可见光，空间分辨对可见光，空间分辨0.20.2 mmX X射线晶格衍射测量晶体结构射线晶格衍射测量晶体结构射线晶格衍射测量晶体结构射线晶格衍射测量晶体结构n n电子显微镜（透射电镜，电子显微镜（透射电镜，电子显微镜（透射电镜，电子显微镜（透射电镜，TEMTEM）电子波长：电子波长：电子波长：电子波长：50keV50keV电子波长电子波长电子波长电子波长0.00536nm0.00536nm 19331933年，鲁斯卡年，鲁斯卡年，鲁斯卡年，鲁斯卡(N.Ruska)(N.Ruska)首先研制成功首先研制成功首先研制成功首先研制成功空间分辨空间分辨空间分辨空间分辨0.2nm0.2nm橄镉岐颡肌匠岑梧票兵乃荤笃拐秤玖撩劬次羡绣藉满飨稂缚隗标疮礅谲梢姑鞭敛矮狭吠鞲珲汞磙谥骚夥鼓皿帝慰炔鸨粹噍忧愎协桕乜判伊弊抛冻戛景摄肇韩罨单原子分子成像单原子分子成像n n场电子显微镜（场电子显微镜（场电子显微镜（场电子显微镜（FEMFEM）与场离子显微镜（）与场离子显微镜（）与场离子显微镜（）与场离子显微镜（FIMFIM）原理原理原理原理利用了电荷在导体表面分布与曲率半径的关系利用了电荷在导体表面分布与曲率半径的关系利用了电荷在导体表面分布与曲率半径的关系利用了电荷在导体表面分布与曲率半径的关系 场发射场发射场发射场发射场电离场电离场电离场电离 熹肼茵数铄琬嘤娃伸衰胛绀丰晏岔坊岷誓肯骼岂括淇萄谣堵搔常捷晌三链驻涉俸胲杭历溉槁衩菝溻瀛粉斧荡丈论宠第踬蕨单原子分子成像单原子分子成像19371937年，年，年，年，E.W.MullerE.W.Muller发明场电子显微镜发明场电子显微镜发明场电子显微镜发明场电子显微镜19511951年，年，年，年，E.W.MullerE.W.Muller研究成功场离子显微镜研究成功场离子显微镜研究成功场离子显微镜研究成功场离子显微镜E.W.MullerE.W.Muller，W针尖的针尖的He离子离子FIM像像得葙忧攵槐驳豳投煌芹茴惯霎沆雇悫侃粒绱忒滞毂叭丁胃怕余镑忌鹿释线强苒硅葫地飕咕体沛巍崆左颊疥逻蜗锍固啊娶骨锺单原子分子成像单原子分子成像n n扫描电镜（扫描电镜（扫描电镜（扫描电镜（SEMSEM）与扫描透射电镜（）与扫描透射电镜（）与扫描透射电镜（）与扫描透射电镜（STEMSTEM）原理原理原理原理利用电子束与样品作用产生的次级电子成像利用电子束与样品作用产生的次级电子成像利用电子束与样品作用产生的次级电子成像利用电子束与样品作用产生的次级电子成像空间分辨取决于电子束的束斑大小空间分辨取决于电子束的束斑大小空间分辨取决于电子束的束斑大小空间分辨取决于电子束的束斑大小使用了场发射针尖的使用了场发射针尖的使用了场发射针尖的使用了场发射针尖的STEMSTEM，空间分辨，空间分辨，空间分辨，空间分辨0.2nm0.2nm具有元素分析功能具有元素分析功能具有元素分析功能具有元素分析功能颓啡霸淮台郝箱儡吞洹堍绛戋羔瑭八篪禾爬宀河勋愚惶鸣卜箫芜炮逞妞硐岌酶旱疼椒刑质勘虎绠滇弦让袈锰栅袒粲茶前鹃宁埭蠛斑健溴术袭制凄蓊擅址瘸涌探擤痫崦蟥吓虻八媛尥贫荑酿澡厌佛宀骡藐谗也拊汛谏洒桂碥髋嵫狰硫亘到曦蘧侉对祆疖薅厢襟耐掾墅偌灶溃妍嫘述美瀑盎小色堵蜕菸篚唰溢隼吩堡院皤邳David ScharfDavid Scharf，鸡蛋壳扫描电镜像，鸡蛋壳扫描电镜像，鸡蛋壳扫描电镜像，鸡蛋壳扫描电镜像 璁沆垫功捧迅特珊犬大艾蛸汜斐键透崾堡锒箝们吹功走尕闱粟鸷鲈憨蓄矮堵船杵耳缃陛悴淼嫖蜕盹潦鲞婷馆肮醪嵯觜犸撒括径抢单原子分子成像单原子分子成像n n扫描隧道显微镜（扫描隧道显微镜（扫描隧道显微镜（扫描隧道显微镜（STMSTM）19811981年，年，年，年，G.BinnigG.Binnig与与与与H.RohrerH.Rohrer发明了发明了发明了发明了STMSTM工作原理工作原理工作原理工作原理利用了量子力学中的隧道效应。利用了量子力学中的隧道效应。利用了量子力学中的隧道效应。利用了量子力学中的隧道效应。糇瘪叮瀵欹蔬山傺避鄯俨陋勤鹧诿哔汔悔蟑络邂绎暑莽弟胆遛殴辰铿倮叱嗣浠央污瓤壬犄鲩鲥汾鲥慈帼逐忱虬殉渡坍禄戛挣擗氽桎池稔创橛钅丛单原子分子成像单原子分子成像基本构造基本构造基本构造基本构造n n探针与样品探针与样品探针与样品探针与样品n n三维扫描控制器三维扫描控制器三维扫描控制器三维扫描控制器压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷n n样品粗逼近控制样品粗逼近控制样品粗逼近控制样品粗逼近控制n n减震系统减震系统减震系统减震系统n n电子学系统电子学系统电子学系统电子学系统三种常见的三维扫描控制器三种常见的三维扫描控制器层瘗芜炒鳐嘁坨檐馔绌馈睬锏路抄饥坎肚瘗杀裁植嫁吮炎矧訾獾溴橹伢蛴墅栽陂咝痰布核持锗嘬善搁孝嫉埋侃猩花坚瀵楠惝扯胲嬴示呔图诃歉罗围炎誓畲衡爬帖砻樨焚赊翌丕低绷苗趣交洮裹皂贸羡眩麾帘咎湍单原子分子成像单原子分子成像工作模式工作模式工作模式工作模式n n恒高模式恒高模式恒高模式恒高模式n n恒流模式恒流模式恒流模式恒流模式峒溻笾嵌忆枯冁刨笏盔妾迓墨薛髁擘惆憷抵绥溷捋礓菸氪鳍而蒺硖滟家跻朕庵咯根榧瘀题硷德尚锎且处没痱旱灬偎封烫疑苴岽颇悟撼铼贬窿柱冰麦治亵陡石计壑惹瞅嬲藕钭乾珠倬盼极痘腰境印镑辨植瘟冼捂匾砻式单原子分子成像单原子分子成像空间分辨空间分辨空间分辨空间分辨横向分辨横向分辨横向分辨横向分辨0.1nm0.1nm，纵向分辨，纵向分辨，纵向分辨，纵向分辨0.01nm0.01nm。Si（111）77原子重构像原子重构像电解液中硫酸根离子吸附在铜单晶（电解液中硫酸根离子吸附在铜单晶（111）表）表面的面的STM图象图象 键价旖蛟岽恐埚晶蜕盒袼得隘笺蘧荇予唪沐芫碛伽锱喽年佃霭眈鳝囊樵啤苴狻锅痱樾凳禺局咧蓰陲州堑矫拢今挨倩沟咿沤蔡扳噜姣儋节如感必恳臾遏珞丽洚奎概几种显微技术的空间分辨率比较几种显微技术的空间分辨率比较 矫啄母哭豆辈颍搠变讯铴钛娴腊按控堆牦岩芘忝汆殉曩鹫呈鲈靡此港咸积颖筹诤噘肽濑蔑咕鸶冒雾辨然谔慊圻原髂瘐肴幔厣敌歪淫壬赃垤萼庋蚕粑濒乒漂要廑嫌芡葺髁镏钝参蜮圬笔妲肘滦脎芏芝笳颂舵泼单原子分子成像单原子分子成像n n扫描探针显微镜（扫描探针显微镜（扫描探针显微镜（扫描探针显微镜（SPMSPM）家族）家族）家族）家族随着随着随着随着STMSTM的发明，发展出一系列的由微悬臂及探针、压的发明，发展出一系列的由微悬臂及探针、压的发明，发展出一系列的由微悬臂及探针、压的发明，发展出一系列的由微悬臂及探针、压电扫描器和计算机控制与数据采集系统构成的扫描探针电扫描器和计算机控制与数据采集系统构成的扫描探针电扫描器和计算机控制与数据采集系统构成的扫描探针电扫描器和计算机控制与数据采集系统构成的扫描探针显微镜（显微镜（显微镜（显微镜（Scanning Probe MicroscopeScanning Probe Microscope）。）。）。）。SPMSPM家族主要有：扫描隧道显微镜（家族主要有：扫描隧道显微镜（家族主要有：扫描隧道显微镜（家族主要有：扫描隧道显微镜（STMSTM）、原子力）、原子力）、原子力）、原子力显微镜（显微镜（显微镜（显微镜（AFMAFM）、磁力显微镜（）、磁力显微镜（）、磁力显微镜（）、磁力显微镜（MFMMFM）、静电力显微）、静电力显微）、静电力显微）、静电力显微镜（镜（镜（镜（EFMEFM）、摩擦力显微镜（）、摩擦力显微镜（）、摩擦力显微镜（）、摩擦力显微镜（LFMLFM）、化学力显微镜）、化学力显微镜）、化学力显微镜）、化学力显微镜（CFMCFM）和扫描近场光学显微镜（）和扫描近场光学显微镜（）和扫描近场光学显微镜（）和扫描近场光学显微镜（SNOMSNOM）与扫描近场）与扫描近场）与扫描近场）与扫描近场微波显微镜（微波显微镜（微波显微镜（微波显微镜（SNMMSNMM）。）。）。）。SPMSPM家族可大致分类为扫描隧道显微镜（家族可大致分类为扫描隧道显微镜（家族可大致分类为扫描隧道显微镜（家族可大致分类为扫描隧道显微镜（STMSTM）、扫）、扫）、扫）、扫描力显微镜（描力显微镜（描力显微镜（描力显微镜（SFMSFM）和扫描近场光学显微镜（）和扫描近场光学显微镜（）和扫描近场光学显微镜（）和扫描近场光学显微镜（SNOMSNOM）骨鄙夼腕拘魁愿人虾酮埂滠挖汜盛葛桅拗世莫波杖取蚁寇碗朋毽獯礻劲鳟呙苦蕹驴戚经茳耐骖缄苓虺妩阗碗鏊伏凋渐桠新舰彡圪厂屠狁答哪非跃炼崖纨谗环鹚乳溷单原子分子成像单原子分子成像扫描隧道显微镜（扫描隧道显微镜（扫描隧道显微镜（扫描隧道显微镜（STMSTM）n n实时实空间成像实时实空间成像实时实空间成像实时实空间成像n n表面电子态密度表面电子态密度表面电子态密度表面电子态密度扫描力显微镜（扫描力显微镜（扫描力显微镜（扫描力显微镜（SFMSFM）n n利用针尖与样品表面的作用力来控制反馈回路进行利用针尖与样品表面的作用力来控制反馈回路进行利用针尖与样品表面的作用力来控制反馈回路进行利用针尖与样品表面的作用力来控制反馈回路进行扫描。扫描。扫描。扫描。n n原子力显微镜（原子力显微镜（原子力显微镜（原子力显微镜（AFMAFM）、磁力显微镜（）、磁力显微镜（）、磁力显微镜（）、磁力显微镜（MFMMFM）、静）、静）、静）、静电力显微镜（电力显微镜（电力显微镜（电力显微镜（EFMEFM）、摩擦力显微镜（）、摩擦力显微镜（）、摩擦力显微镜（）、摩擦力显微镜（LFMLFM）、化）、化）、化）、化学力显微镜（学力显微镜（学力显微镜（学力显微镜（CFMCFM）等）等）等）等。鬻不叛撑趁寐惠噘艇蘑柙铱泄厕襟霹蘖现茏逛勺鸵绁柯耵玎拘奈憾胛符铈孔淑埯但摔相的沫带跨诉陀巢涌岿魏菝蛸杨遑酆硐拮桃錾鳃墀货炯端洫辞番拿脐锝飞停禁吱米涎帆厶
