低溫掃描隧道顯微鏡的研制與應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2022-12-08 06:41
掃描隧道顯微鏡(STM)使人類(lèi)第一次能夠直接地觀察到物質(zhì)表面的單個(gè)原子及其排列狀態(tài),并且能夠研究其相關(guān)的物理、化學(xué)性質(zhì),因此在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。很多材料在低溫條件下表現(xiàn)出一些新奇的物理性質(zhì),如超導(dǎo)、量子霍爾效應(yīng)、電荷密度波和量子相變等等,而掃描隧道顯微鏡因具有原子分辨率實(shí)空間成像能力,尤其適合用來(lái)研究這類(lèi)材料的表面物性,因此搭建一臺(tái)能夠在低溫條件下工作的掃描隧道顯微鏡已經(jīng)成為世界上很多研究小組的研究項(xiàng)目。盡管目前掃描隧道顯微鏡的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟,但搭建一套低溫掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)仍然面臨著許多的問(wèn)題和挑戰(zhàn):(1)傳統(tǒng)的鏡體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往把掃描頭直接固定在步進(jìn)馬達(dá)上,因此不能消除步進(jìn)馬達(dá)的不穩(wěn)定性對(duì)掃描頭的影響。(2)當(dāng)鏡體植入到低溫杜瓦里面時(shí),一般要用很長(zhǎng)的磁力桿深入到杜瓦底部才能對(duì)探針及樣品進(jìn)行抓取和更換,這不僅增加了 STM在垂直方向上的高度,使其受到樓層的限制,而且存在著損壞掃描管的風(fēng)險(xiǎn)。(3)在真空條件下更換探針和樣品的機(jī)械操作比較復(fù)雜,往往需要配合使用多種傳遞機(jī)構(gòu)才行。(4)專(zhuān)門(mén)為掃描隧道顯微鏡而定制一套低溫系統(tǒng)面臨著技術(shù)難度大、成本高的...
【文章頁(yè)數(shù)】:115 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【文章目錄】:
摘要
Abstract
第一章 掃描隧道顯微鏡的簡(jiǎn)介
1.1 引言
1.2 掃描隧道顯微鏡的工作原理與構(gòu)成
1.2.1 量子隧穿效應(yīng)
1.2.2 掃描隧道顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)
1.2.3 探針與掃描裝置
1.2.4 粗步進(jìn)馬達(dá)
1.2.5 前置放大電路
1.3 掃描隧道顯微鏡的工作模式
1.3.1 恒高成像
1.3.2 恒流成像
1.3.3 掃描隧道譜
1.4 減震隔音系統(tǒng)
1.5 掃描隧道顯微鏡的應(yīng)用
1.6 本章小結(jié)
第二章 低溫超高真空掃描隧道顯微鏡的研制
2.1 引言
2.2 掃描隧道顯微鏡鏡體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 自制的慣性馬達(dá)
2.2.2 獨(dú)立式掃描頭
2.2.3 鏡體的組裝與工作原理
2.2.4 鏡體的調(diào)試
2.3 真空低溫系統(tǒng)
2.3.1 真空的獲取
2.3.2 低溫的獲取
2.4 掃描隧道顯微鏡鏡體傳遞機(jī)構(gòu)
2.5 探針與樣品的更換系統(tǒng)
2.6 探針與樣品的制備
2.7 減震隔音措施
2.8 掃描隧道顯微鏡電子學(xué)測(cè)量系統(tǒng)
2.8.1 電路控制單元
2.8.2 隧道電流前置放大電路
2.9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2.9.1 STM初步調(diào)試
2.9.2 過(guò)渡金屬硫族化合物TaS_2的STM表征
2.9.3 STM成像機(jī)制的模擬
2.10 本章小結(jié)
附:自制的低溫掃描隧道顯微系統(tǒng)實(shí)物圖
第三章 插桿式低溫掃描隧道顯微鏡的研制
3.1 引言
3.2 掃描隧道顯微鏡鏡體單元
3.2.1 蜘蛛馬達(dá)
3.2.2 獨(dú)立式掃描頭
3.2.3 鏡體的組裝
3.2.4 鏡體的調(diào)試
3.3 插桿式真空腔體
3.4 低溫的獲取
3.5 樣品的解理
3.6 隔音減震措施
3.7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.8 改進(jìn)方案
3.9 本章小結(jié)
附:自制的插桿式低溫掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)的實(shí)物圖
第四章 基于Labview的掃描隧道顯微鏡控制軟件的開(kāi)發(fā)
4.1 引言
4.2 Labview簡(jiǎn)介及軟件配置
4.3 馬達(dá)步進(jìn)模塊
4.4 掃描成像模塊
4.5 掃描隧道譜測(cè)量模塊
4.6 數(shù)據(jù)采集及儲(chǔ)存
4.7 本章小結(jié)
附:利用Labview程序自主編寫(xiě)的掃描隧道顯微鎮(zhèn)控制軟件界面
第五章 新型的掃描探針顯微鏡粗步進(jìn)裝置
5.1 引言
5.2 慣性壓電馬達(dá)CicadaDrive
5.3 高度對(duì)稱(chēng)的TunaDrive
參考文獻(xiàn)
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果
致謝
本文編號(hào):3713755
【文章頁(yè)數(shù)】:115 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【文章目錄】:
摘要
Abstract
第一章 掃描隧道顯微鏡的簡(jiǎn)介
1.1 引言
1.2 掃描隧道顯微鏡的工作原理與構(gòu)成
1.2.1 量子隧穿效應(yīng)
1.2.2 掃描隧道顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)
1.2.3 探針與掃描裝置
1.2.4 粗步進(jìn)馬達(dá)
1.2.5 前置放大電路
1.3 掃描隧道顯微鏡的工作模式
1.3.1 恒高成像
1.3.2 恒流成像
1.3.3 掃描隧道譜
1.4 減震隔音系統(tǒng)
1.5 掃描隧道顯微鏡的應(yīng)用
1.6 本章小結(jié)
第二章 低溫超高真空掃描隧道顯微鏡的研制
2.1 引言
2.2 掃描隧道顯微鏡鏡體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 自制的慣性馬達(dá)
2.2.2 獨(dú)立式掃描頭
2.2.3 鏡體的組裝與工作原理
2.2.4 鏡體的調(diào)試
2.3 真空低溫系統(tǒng)
2.3.1 真空的獲取
2.3.2 低溫的獲取
2.4 掃描隧道顯微鏡鏡體傳遞機(jī)構(gòu)
2.5 探針與樣品的更換系統(tǒng)
2.6 探針與樣品的制備
2.7 減震隔音措施
2.8 掃描隧道顯微鏡電子學(xué)測(cè)量系統(tǒng)
2.8.1 電路控制單元
2.8.2 隧道電流前置放大電路
2.9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2.9.1 STM初步調(diào)試
2.9.2 過(guò)渡金屬硫族化合物TaS_2的STM表征
2.9.3 STM成像機(jī)制的模擬
2.10 本章小結(jié)
附:自制的低溫掃描隧道顯微系統(tǒng)實(shí)物圖
第三章 插桿式低溫掃描隧道顯微鏡的研制
3.1 引言
3.2 掃描隧道顯微鏡鏡體單元
3.2.1 蜘蛛馬達(dá)
3.2.2 獨(dú)立式掃描頭
3.2.3 鏡體的組裝
3.2.4 鏡體的調(diào)試
3.3 插桿式真空腔體
3.4 低溫的獲取
3.5 樣品的解理
3.6 隔音減震措施
3.7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.8 改進(jìn)方案
3.9 本章小結(jié)
附:自制的插桿式低溫掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)的實(shí)物圖
第四章 基于Labview的掃描隧道顯微鏡控制軟件的開(kāi)發(fā)
4.1 引言
4.2 Labview簡(jiǎn)介及軟件配置
4.3 馬達(dá)步進(jìn)模塊
4.4 掃描成像模塊
4.5 掃描隧道譜測(cè)量模塊
4.6 數(shù)據(jù)采集及儲(chǔ)存
4.7 本章小結(jié)
附:利用Labview程序自主編寫(xiě)的掃描隧道顯微鎮(zhèn)控制軟件界面
第五章 新型的掃描探針顯微鏡粗步進(jìn)裝置
5.1 引言
5.2 慣性壓電馬達(dá)CicadaDrive
5.3 高度對(duì)稱(chēng)的TunaDrive
參考文獻(xiàn)
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果
致謝
本文編號(hào):3713755
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