扫描隧道显微术在单分子物理、化学表征中的应用.ppt

* * * * * 分子尺度光催化过程研究 JACS (2012) 134, 9978 H2O + h+ → H+ + ·OH (OHt) 光催化的水分子在Ti4+上的分解 光催化的甲醇分子在Ti4+上的分解 Chemical Science 1(5): 575-580. 分子尺度光催化过程研究 Wulfhekel ·Kirschner. ANRV315-MR37-03. ARI. 31 January 2007 Spin Polarization at the Fermi level: Spin contrast: STM+电子自旋 SPSTM 电子自旋可作为存储量子信息载体 磁畴的表征 R. Wiesendanger, et al.Science 332 1062 (2011) 自旋态的逻辑门 C.Durkan et al; APL 2002; 80:458-460 A.Balatsky et al； Quantum Inf. Process 2002; 1:355-364 STM+ESR ESR-STM B B C.Durkan et al; APL 2002; 80:458-460 单自旋态信号提取 STM + 拉曼技术 ? 探针增强拉曼散射 (TERS)技术 高空间分辨，缺少化学识别 STM 拉曼光谱 对化学物质“指纹”识别 + 亚纳米、亚分子分辨拉曼成像？ 亚分子分辨TERS成像 概念上的突破 →技术上的飞跃 ? 单分子灵敏度、亚分子分辨拉曼成像 将化学识别的分辨率提高到1nm以下,使单分子尺度上的化学成像识别成为可能。 拉曼光谱成像 Rui Zhang et al. Nature (2013) 拉曼成像（实验） 拉曼光谱成像 （每个像素点采集光谱） （理论模拟） 纳米研究需要发展新表征技术！！！ 结构（界面）-光电性质关系及其外场调控 2 μm 界面 光 电 力 界面 发展高分辨、原位动态的表征方法与技术，研究纳米材料的基本物理问题。 难题： 1、对单根纳米管（1-3 nm)进行操作、测量? 2、小尺度材料原子结构-性质本征关系？ 单根纳米管 纳米管束 透射电镜中扫描探针技术 STM 纳米操纵+结构表征+原位性质测量 化学成分 原子价键 晶体结构 倒空间 高分辨结构 界面 TEM + 精密操纵“纳米手” e- 施加外场测量物性 表面原子像 透射电镜中的扫描探针技术 STM-TEM holder TEM JEOL 2010F 结构表征+性质测量+纳米操纵 透射电镜中的扫描探针技术 TEM图像 金针尖TEM高分辨图 STM图像 原位纳米线电学性质测量 STM针尖和纳米线接触状态的TEM图像 接触状态下的输运性质测量 Nanofactory 500 nm 原位纳米线力学性质测量 TEM图像 纳米线端面STM图像 纳米线弹性形变 E. Olsson, K. Svensson and H. Olin, Chalmers University of Science and Technology and G?teborg University (b) (d) (c) 2μm (a) Bending of ZnO nanowire Electrical response on bending of ZnO with growth direction a ZnO纳米线电导对弯曲形变的响应 K. H. Liu et al, Appl. Phys. Lett. 92, 213105 (2008) 2 nm Ag 颗粒（离子）传输过程的高分辨表征 白雪冬 中科院物理所 P. Gao et al., J. Am. Chem. Soc. 132，4197 (2010) 电场导致结构相变 CeO2 薄膜 转变可逆可重复 电场撤去，超结构的条纹就会消失。加上电场，超结构条纹又会出现。 总结 TEM是微观世界的眼睛，STM是眼睛或手 STM对样品表面结构、电子态表征、原子分子层次操控 STM技术扩展 SPSTM、ERS-STM对电子自旋的研究促进量子信息发展 原位光化学STM研究光催化机理 TERS实现分子尺度的化学识别 STM-TEM使得纳米世界的研究可以手眼并用 * * * * * * * * * By amorphization of such nanoparticles, we can suppress its discreteness of the energy levels * * * * 扫描隧道显微术 ——在单分子物理、化学表征中的应用 主要内容 扫描隧道显微镜（STM)工作原理 与电镜的比较 STM的应用 图像表征 STM操纵 STM谱学表征 与其他技术相结合的扩展