無液氦低溫STM/qPlusAFM系統(tǒng)

    美國RHK Technology公司突破了制冷機(jī)與STM（掃描隧道顯微鏡）結(jié)合時(shí)，存在*震動(dòng)噪音的技術(shù)壁壘，推出了無液氦UHV LT STM/AFM-qPlus系統(tǒng)（PanScan Freedom）。在制冷機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)下(<9K)，輕松獲得原子分辨率的掃描隧道顯微圖像。簡單易用的機(jī)械和軟件設(shè)計(jì)，不需要掌握復(fù)雜的STM技術(shù)和低溫制冷方法，輕松開展材料科學(xué)和表面物理前沿科學(xué)研究，讓低溫STM真正走進(jìn)您的實(shí)驗(yàn)室。

應(yīng)用域：

♦  二維材料，納米科學(xué)，表面物理化學(xué)等

♦  STM掃描隧道顯微鏡：導(dǎo)電樣品形貌、電學(xué)性能（電導(dǎo)、電子態(tài)密度、能帶、軌道）、磁學(xué)性能（近藤效應(yīng)、自旋反轉(zhuǎn)）、化學(xué)鍵振動(dòng)表征，原子或分子操縱，納米結(jié)構(gòu)的建造

♦  AFM原子力顯微鏡：導(dǎo)電或不導(dǎo)電樣品形貌表征，力學(xué)性能,電荷分布（局部接觸勢）

RHK低溫掃描隧道顯微鏡產(chǎn)品點(diǎn)：

-  閉循環(huán)制冷，無需任何液氦，樣品和探針始終處于相同溫度；

-  全溫區(qū)范圍實(shí)現(xiàn)STM原子分辨圖像；在制冷機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，噪音水平低于1pm；

-  工作模式有STM和AFM-qPlus，具有強(qiáng)大的譜圖采集和分析能力；自帶PLL和Lock-in，實(shí)現(xiàn)I-V，dI/dV以及dI2/dV2譜線采集和譜圖成像；

-  樣品架靈活配置：樣品尺寸10x10mm，可外接4個(gè)電路；

-  僅需日常用電，運(yùn)行和維護(hù)成本低；*擺脫了低溫STM實(shí)驗(yàn)受液氦供應(yīng)制約的煩惱；不再需要掌握復(fù)雜的液氦操作和安全知識(shí)，可連續(xù)不間斷地進(jìn)行低溫STM實(shí)驗(yàn)研究；

-  可與UFO腔體/MBE/PLD/LEED/APERS等儀器實(shí)現(xiàn)真空聯(lián)用。

RHK低溫掃描隧道顯微鏡基本參數(shù)：

-  溫度范圍：9K-400K

-  XY方向漂移：0.2Å/hour，Z方向漂移: 0.2Å/day

-  XYZ方向粗位移范圍：5x5x8mm@RT

-  掃描范圍：8x8x1.5μm@RT；2x2x0.5μm@10K

-  垂直樣品方向5T磁場或垂直

-  平行樣品方向5T-1T矢量磁場

 應(yīng)用案例：

低溫掃描隧道顯微鏡PanScan Freedom應(yīng)用案例

案例1：Oregon University的George Nazin教授用掃描隧道顯微（STM）和掃描隧道譜學(xué)（STS）技術(shù)研究了吸附在Au(111)表面上的烷基取代噻吩低聚物的構(gòu)象和電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)Au(111)表面反應(yīng)活性的局部變化可以導(dǎo)致分子軌道能的明顯變化（下圖，DOI: 10.1021/acsami.5b03516）。這些結(jié)果表明，界面分子的構(gòu)象和電子結(jié)構(gòu)可能與基于塊狀噻吩晶體的能帶結(jié)構(gòu)而預(yù)期的性能有很大的不同。

參考文獻(xiàn)：Adsorption-Induced Conformational Isomerization of Alkyl-Substituted Thiophene Oligomers on Au(111): Impact on the Interfacial Electronic Structure[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(28):15138-15142.

案例2：荷蘭Leiden University的Marc T. M. Koper教授通過原子分辨的STM圖像發(fā)現(xiàn)了兩條由水分子組成的平行線沿Pt(111)臺(tái)階邊緣排布（下圖），并驗(yàn)證了Pt(111)的模板作用，確認(rèn)形成了雙鏈水的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)果突出表明了Pt表面電子波紋對吸附在其表面的水結(jié)構(gòu)的巨大影響。

參考文獻(xiàn)：Double-Stranded Water on Stepped Platinum Surfaces. Phys. Rev. Lett. 116, 136101 – Published 29 March 2016.

■  超快太赫茲-掃描隧道顯微鏡（THz-STM）—— 調(diào)控單原子隧道電流

    原子上電流的超快控制對納米電子未來的創(chuàng)新至關(guān)重要。之前相關(guān)研究表明，將皮秒太赫茲脈沖耦合到金屬納米結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)納米尺度上度局部的瞬態(tài)電場。

    近期，加拿大阿爾伯塔大學(xué)（University of Alberta）Frank A. Hegmann教授研究組在美國RHK Technology公司生產(chǎn)的商用超高真空掃描隧道顯微鏡（RHK-UHV-SPM 3000）系統(tǒng)上自主研發(fā)了太赫茲-掃描隧道顯微鏡（THz-STM），*在超高真空中對Si(111)-(7×7)樣品表面執(zhí)行原子分辨率THz-STM測量，展示了超高真空中的THz-STM探索原子精度的超快非平衡隧道動(dòng)力學(xué)的*能力。

圖1：用THz-STM在超高真空中控制隧道電流

    在圖1(a)中可以看到，超快太赫茲（THz）脈沖通過反向視窗上的透鏡（左側(cè)）聚焦到超高真空（中間）的STM探針上，在隧道結(jié)（插圖）處產(chǎn)生隧道電流。圖1(c)中展示了耦合到STM針尖的太赫茲脈沖引發(fā)隨時(shí)間變化的偏壓（VTHz（t），紅色實(shí)線），驅(qū)動(dòng)超快太赫茲感應(yīng)電流（ITHz（t），藍(lán)色實(shí)線），從而產(chǎn)生整流的平均隧道電流。太赫茲脈沖性（0°, 90°, 180°）可用于控制太赫茲脈沖引起的整流隧道電流，如圖1(e)所示。電子從樣品向流動(dòng)，產(chǎn)生負(fù)的太赫茲性，從到樣品具有正的太赫茲性。

圖2：Si(111)- (7×7)上的單個(gè)原子非平衡隧穿的超快控制

    限太赫茲脈沖驅(qū)動(dòng)的隧道電流高達(dá)常規(guī)STM中穩(wěn)態(tài)電流的107倍，實(shí)現(xiàn)了以0.3nm的空間分辨率對硅表面上的單個(gè)原子成像，由此確定在高電流水平下的超快太赫茲脈沖驅(qū)動(dòng)隧道確實(shí)可以局域化為單原子。此外，測試結(jié)果表明解釋Si(111)-(7×7)上的太赫茲驅(qū)動(dòng)的STM（TD-STM）圖像的原子波紋（其中數(shù)百個(gè)電子在亞皮秒時(shí)間尺度內(nèi)隧穿），需要理解非平衡充電動(dòng)力學(xué)由硅表面的太赫茲脈沖引起。同時(shí)，單個(gè)原子的太赫茲驅(qū)動(dòng)隧道電流的方向可以通過太赫茲脈沖電場的性來控制。在太赫茲頻率下，類金屬Si(111)-(7×7)表面不能從體電子屏蔽電場，導(dǎo)致太赫茲隧道電導(dǎo)與穩(wěn)態(tài)隧道電導(dǎo)基本機(jī)制的不同。很顯然，這樣個(gè)的瞬態(tài)電流密度并不會(huì)影響所研究的單原子STM針尖或樣品表面原子，如同在傳統(tǒng)STM測試中具有如此大小隧道電流的Si(111)-(7×7)樣。

圖3：太赫茲感應(yīng)電流中的熱電子

    在高太赫茲場中觀察到了來自熱電子的隧道電流的額外貢獻(xiàn)。超快太赫茲誘導(dǎo)的帶狀彎曲和表面狀態(tài)的非平衡充電打開了新的傳導(dǎo)通路，使瞬態(tài)隧道電流在和樣品之間流動(dòng)。半導(dǎo)體表面的THz-STM為原子尺度上的超快隧穿動(dòng)力學(xué)提供了新的見解，這對于開發(fā)新型硅納米電子學(xué)和以太赫茲頻率工作的原子器件至關(guān)重要。

    美國RHK公司商用超高真空掃描隧道顯微鏡（RHK-UHV-SPM 3000）為THz-STM的研發(fā)提供了穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)，期待Frank A. Hegmann教授研究組用這個(gè)強(qiáng)大的科研武器取得更多成果，同時(shí)希望更多的科研工作者能在THz-STM實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開展富有成效的學(xué)術(shù)研究。
參考文獻(xiàn)：
1. Tyler L. Cocker, Frank A. Hegmann et al. An ultrafast terahertz scanning tunneling microscope. Nature Photonics, 151(2013).
2. Vedran Jelic, Frank A. Hegmann et al. Ultrafast terahertz control of extreme tunnel currents through single atoms on a silicon surface. Nature Physics, 4047(2017).

測試數(shù)據(jù)

低溫掃描隧道顯微鏡PanScan Freedom測試數(shù)據(jù)

Si(111)表面dI/dV(微分電導(dǎo)) mapping

同時(shí)測量的Si(111)樣品STM/qPlus-AFM原子圖像 

發(fā)表文章：

1. Lee E. Korshoj et al. Nature comm. 8:14231, 2017.
2. Benjamen N. Taber et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 15138−15142.
3. Dmitry A. Kislitsyn et al.J. Phys. Chem. C 2015, 119, 26959−26967.
4. Christian F. Gervasi et al.Nanoscale, 2015, 7, 19732–19742.
5. Manuel J. Kolb et al.PRL 116, 136101 (2016).
6. J. Derouin et al.Surface Science 641 (2015) L1–L4.
7. Jason D. Hackley et al.REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 85, 103704 (2014).
8. Dmitry A. Kislitsyn et al.J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7,1047−1054.
9. D. A. Kislitsyn et al.Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, 18, 4842--4849.
10. Dmitry A. Kislitsyn et al.J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 3701−3707
11. Jonathan Derouin et al.ACS Catal. 2016, 6, 4640−4646.
12. Dmitry A. Kislitsyn et al.J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 3138−3143. 

部分用戶列表（排名不分后）

RHK公司PanScan Freedom低溫掃描隧道顯微鏡以其技術(shù)穩(wěn)定性、*的精度和良好的用戶體驗(yàn)得到了國內(nèi)外眾多科學(xué)家的認(rèn)可和青睞，在范圍內(nèi)已有超過了20位用戶。

RHK公司的產(chǎn)品在國內(nèi)也得到了表面科學(xué)、低溫、真空等研究域著名科學(xué)家和研究組的歡迎......