Microscopia de tunelamento (STM) foi inventado no início de 1980, esta poderosa ferramenta dá às pessoas a capacidade de estudo e manipular sistema microscópico. sonda STM única tradicional pode ser utilizado para estudar a morfologia e as propriedades do material da estrutura electrónica locais da amostra, e semelhantes, contudo, não se pode medir as propriedades eléctricas de transporte laterais de sistemas de baixa-dimensional. A fim de capacidades de teste e de transporte de alta resolução espacial combinado, as pessoas têm desenvolvido um duplo-sonda, sonda de três ou mesmo quatro sondas e outro sistema de sondas STM. Em que quatro sonda STM é compatível com um transporte de modo de teste de quatro pontos padrão, as propriedades de transporte pode ser mais precisamente caracterizar a amostra in situ.

A primeira geração de comercial ultra-alto vácuo (UHV) STM sistema de quatro sonda internacional é produzido pelo renomado fabricante alemão de empresa de instrumentos científicos Omicron. À medida que o primeiro mundo comercial sistema multi-sonda (Modelo: UHV nanossonda), que não pode ser eficazmente em estudos in situ de morfologia de nanopart culas e do sistema de transporte, em aplicações práticas, tais como: sob condições normais a imagem resolução a nível atómico não pode ser obtido, também não formam um ponto estável de contacto do eléctrodo. deficiências acima são causadas por defeitos na concepção do sistema: Primeiro, o projeto mecânico do sistema de isolamento de vibração é relativamente simples, há um ruído grave durante o exame. Em segundo lugar, apenas quando a amostra é arrefecida e directamente exposta ao meio de arrefecimento à temperatura ambiente. Assim, a temperatura da amostra é muito elevada e existe o maior for o gradiente de temperatura mínima entre a ponta e resultando em um desvio significativo térmica e de injecção de electrões quente, transporte afecta grandemente a precisão das medições, a espectroscopia de varrimento medido encapsulamento ( dI / dV) também não é credível. Além disso, há um sistema de varrimento acoplado ao ruído é fácil estrutura, posicionando o envelhecimento por microscopia electrónica de varrimento (SEM) e outros inconvenientes e problemas.

Instituto de Física alta Hongjun Research Group (grupo N04) tem se dedicado a digitalização de pesquisa e desenvolvimento de tecnologia e equipamentos sofisticados microscopia de sonda, fez uma série de importantes conquistas na ciência, mas também para o desenvolvimento do equipamentos sofisticados classe para estabelecer uma base sólida. Recentemente, sob a orientação direta e liderança de Física e Tecnologia Huan Qing Research Associate do grupo de pesquisa de doutorado Marui Song, Yan Jiahao, Wu Liang-mei este sistema sonda STM-quatro pontos comercialmente foi uma transformação completa, a partir de uma solução fundamental para o sinal do sistema à relação de ruído, a estabilidade mecânica e térmica, o arrefecimento e problemas de resolução de imagem.

Para grandes sistemas legados que existem ruído, deriva problemas de resolução significativamente mais baixos (ver Figura 4 BC), etc, que realizada uma reforma profunda do sistema de multi-facetada, incluindo o isolamento de vibração e de amortecimento, a estrutura de varredura, ligações térmicas aquecer escudo, substituir a agulha posicionando SEM e assim por diante.

1. isolamento de vibração e de amortecimento

Apesar de manter o ar e as pernas de borracha de amortecimento flúor anéis de amortecimento, e aumenta efectivamente a configuração de amortecimento da mola de suspensão magnética (Fig. 1).

componente comparação STM núcleo (b) na Fig. 1. Os sistemas de primários comerciais (a) e atualizar programa.

2. Estrutura de digitalização

As características de um aplicações do sistema de quatro sondas, que utilizam uma estrutura de tubo duplo varrimento, que pode assegurar uma grande gama de varrimento ao conseguir uma elevada resolução espacial, por sua vez (Fig. 2).

Figura 2. Projeto fresco e mecanismo de varredura. (A) um fluxo contínuo do design dedo frio no; design da capa (b) o escudo de calor; desenho (c) meios de exploração, o tamanho do tubo de varrimento pode ser digitalizada direcções XYZ independentemente; (d) criação de um novo suporte de ponta no; ( e), (f) substituição da amostra com o processo esquemático ponta requer o uso do robô, a fim de abrir a blindagem interior e exterior.

3. O calor blindagem ligação condutiva

Eles alterar a ligação para o dedo frio do desenho original, a periferia da amostra aumenta a protecção contra o calor interior e exterior (fig. 2), e o pequeno tubo e uma ponta de varrimento é nele enrolado, reduzindo ainda mais a influência da radiação de calor externo.

4. Substituir o microscópio óptico SEM

Por observação não-destrutiva da amostra, SEM sua concepção original utilizado para substituir um microscópio óptico de comprimento de comprimento focal (resolução 1,1 micron), e está concebido para suportar uma estação móvel (fig. 3), pode ser alcançado nanoestruturas com rapidez e eficiência "Location."

Figura 3. Comparação da aparência original do sistema comercialmente disponível do sistema (um programa) e (b) actualizar. dispositivo comercial SEM é substituída por uma distância de trabalho do Ministro microscópio óptico

Depois da transformação completa, os átomos de quatro níveis, a sonda de sistema de imagem (Fig. 4), o arrefecimento e teste de capacidade de transporte (Fig. 5) para se obter a estabilidade de uma melhoria fundamental de desempenho. Tal varrimento duplo mecanismo de ligação de tubo de digitalização, o posicionamento pode ser atingido com a ponta verifica uma ampla gama e de alta precisão, fazendo caracterização e propriedades de medição com características distintas do sistema de micro e nano Internet. Nas medidas de transporte da amostra para o substrato isolante, propuseram um sinal de impedância capacitiva entre a ponta e o portão como um mecanismo de feedback para a agulha, o sistema não pode ser utilizado para resolver os problemas de realimentação de corrente STM encapsulamento. Atualmente, sob os auspícios de um instrumento especial de sua Física está a desenvolver um conjunto de "divisão de tempo multiplexação unidade de controle do circuito" irá fornecer soluções de controle de compartilhamento de custos, jogar mais com as características e vantagens do sistema de sistema SPM multi-sonda.

Fig. 4. Teste de verificação de STM antes e após a reconstrução. fotografia Optical (a) novo titular da ponta. ser: (átomos de imagens MCT outras vezes não podem ser resolvidos) HOPG a imagem de STM (b) antes da transformação de nanofios de boro, antes da transformação, durante a resolução atómica cedo HOPG Festa da Primavera obtido em duas horas nas imagens MCT. (C), depois de HOPG imagens transformação MCT (d), depois de HOPG imagem transformação resolução atómica MCT (e).

Figura 5. Ensaio de transporte Reconstrução do método de quatro sonda. sistema de transporte do esquema (A) de teste após a actualização. (B) medir uma micrografia tica de um grafeno propriedades de transporte quando o método de quatro sonda. Portão voltagens de diferentes resistências grafeno bidimensional à temperatura (C) ambiente. (D) 100 ~ 300 K bidimensional resistência grafeno.

Instrumentos e equipamentos relacionados para reinventar seu trabalho de construção foi publicado no recente "Review of Scientific Instruments" revista [Review of Scientific Instruments, 88 (6): 063.704 de 2017] no.

Este trabalho foi financiado pelo Ciência e Tecnologia (2013YQ1203451), financiado pela National Science Foundation Natural da China (61474141, 61674170) e da Academia Chinesa de Ciências.

Edit: Donuts

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