低温扫描隧道显微镜的研制与应用

发布时间：2022-12-08 06:41

　　扫描隧道显微镜（STM）使人类第一次能够直接地观察到物质表面的单个原子及其排列状态,并且能够研究其相关的物理、化学性质,因此在表面科学、材料科学、生命科学等领域得到了广泛应用。很多材料在低温条件下表现出一些新奇的物理性质,如超导、量子霍尔效应、电荷密度波和量子相变等等,而扫描隧道显微镜因具有原子分辨率实空间成像能力,尤其适合用来研究这类材料的表面物性,因此搭建一台能够在低温条件下工作的扫描隧道显微镜已经成为世界上很多研究小组的研究项目。尽管目前扫描隧道显微镜的相关技术已经发展的较为成熟,但搭建一套低温扫描隧道显微镜系统仍然面临着许多的问题和挑战:（1）传统的镜体结构设计往往把扫描头直接固定在步进马达上,因此不能消除步进马达的不稳定性对扫描头的影响。（2）当镜体植入到低温杜瓦里面时,一般要用很长的磁力杆深入到杜瓦底部才能对探针及样品进行抓取和更换,这不仅增加了 STM在垂直方向上的高度,使其受到楼层的限制,而且存在着损坏扫描管的风险。（3）在真空条件下更换探针和样品的机械操作比较复杂,往往需要配合使用多种传递机构才行。（4）专门为扫描隧道显微镜而定制一套低温系统面临着技术难度大、成本高的... 

【文章页数】：115 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 扫描隧道显微镜的简介
    1.1 引言
    1.2 扫描隧道显微镜的工作原理与构成
        1.2.1 量子隧穿效应
        1.2.2 扫描隧道显微镜的基本结构
        1.2.3 探针与扫描装置
        1.2.4 粗步进马达
        1.2.5 前置放大电路
    1.3 扫描隧道显微镜的工作模式
        1.3.1 恒高成像
        1.3.2 恒流成像
        1.3.3 扫描隧道谱
    1.4 减震隔音系统
    1.5 扫描隧道显微镜的应用
    1.6 本章小结
第二章 低温超高真空扫描隧道显微镜的研制
    2.1 引言
    2.2 扫描隧道显微镜镜体结构设计
        2.2.1 自制的惯性马达
        2.2.2 独立式扫描头
        2.2.3 镜体的组装与工作原理
        2.2.4 镜体的调试
    2.3 真空低温系统
        2.3.1 真空的获取
        2.3.2 低温的获取
    2.4 扫描隧道显微镜镜体传递机构
    2.5 探针与样品的更换系统
    2.6 探针与样品的制备
    2.7 减震隔音措施
    2.8 扫描隧道显微镜电子学测量系统
        2.8.1 电路控制单元
        2.8.2 隧道电流前置放大电路
    2.9 实验结果
        2.9.1 STM初步调试
        2.9.2 过渡金属硫族化合物TaS_2的STM表征
        2.9.3 STM成像机制的模拟
    2.10 本章小结
    附：自制的低温扫描隧道显微系统实物图
第三章 插杆式低温扫描隧道显微镜的研制
    3.1 引言
    3.2 扫描隧道显微镜镜体单元
        3.2.1 蜘蛛马达
        3.2.2 独立式扫描头
        3.2.3 镜体的组装
        3.2.4 镜体的调试
    3.3 插杆式真空腔体
    3.4 低温的获取
    3.5 样品的解理
    3.6 隔音减震措施
    3.7 实验结果与分析
    3.8 改进方案
    3.9 本章小结
    附：自制的插杆式低温扫描隧道显微镜系统的实物图
第四章 基于Labview的扫描隧道显微镜控制软件的开发
    4.1 引言
    4.2 Labview简介及软件配置
    4.3 马达步进模块
    4.4 扫描成像模块
    4.5 扫描隧道谱测量模块
    4.6 数据采集及储存
    4.7 本章小结
    附：利用Labview程序自主编写的扫描隧道显微镇控制软件界面
第五章 新型的扫描探针显微镜粗步进装置
    5.1 引言
    5.2 惯性压电马达CicadaDrive
    5.3 高度对称的TunaDrive
参考文献
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
致谢



本文编号：3713755