новости

терагерцовая сканирующая туннельная микроскопия (тгц-стм) — это новая технология анализа, которая имеет как пространственное разрешение атомного масштаба, так и сверхбыстрое временное разрешение.принцип состоит в том, чтобы объединить криогенный сканирующий туннельный микроскоп со сверхбыстрым терагерцовым импульсным лазером и сфокусировать сверхбыстрый терагерцовый импульсный лазер на туннельном переходе стм через линзу. терагерцовый импульс генерирует локальное переходное электрическое поле на туннельном переходе, тем самым управляя туннельным переходом. туннельный процесс тока в сверхбыстром масштабе времени. сверхбыстрое временное разрешение достигается в стм за счет управления фазой огибающей несущей (cep) терагерцовых импульсов и использования технологии накачки-зонда.поскольку взаимодействие между веществом и терагерцовым светом содержит очень богатую физическую и химическую информацию, терагерцовая технология стм имеет большое значение для изучения низкоэнергетических возбуждений и динамических процессов в физике и химии конденсированных сред.однако для создания тгц-стм необходимо преодолеть множество технических трудностей. в настоящее время лишь несколько групп в мире достигли сверхвысокого вакуума и низкотемпературных тгц-стм со сверхбыстрым временным разрешением и сверхвысоким пространственным разрешением. .

институт физики китайской академии наук/государственная ключевая лаборатория физики поверхности, пекинский национальный исследовательский центр физики конденсированного состояния, группа sf09после многих лет исследований реле и неоднократной оптимизации была успешно создана совершенно независимо разработанная новая сверхвысоковакуумная и низкотемпературная система тгц-стм.в этой системе не используется традиционная низкотемпературная конструкция стм типа дьюара, а используется инновационный метод охлаждения с непрерывным потоком жидкого гелия. простая конструкция этой низкотемпературной вставки позволяет спроектировать более компактный зонд стм и резонатор сверхвысокого вакуума. размещение фокусирующей линзы за пределами резонатора сверхвысокого вакуума все же позволяет обеспечить хорошую связь между тгц импульсами и низкими импульсами. -температурный стм, но это значительно повышает удобство работы. в тгц оптическом тракте использовался linbo.₃метод наклона волнового фронта кристалла генерирует сверхбыстрые тгц импульсы, которые фокусируются на туннельном переходе стм через параболическое зеркало для достижения связи между стм и тгц импульсами. конфокируя два пучка тгц импульсов с регулируемыми временными задержками с туннельным переходом стм, можно провести тгц эксперимент «насос-зонд», тем самым достигнув временного разрешения. поскольку эта новая конструкция обеспечивает удобство эксплуатации и позволяет эффективно достичь лучшей тгц фокусировки,фототок может достигать максимального уровня 100 па при частоте повторения 1 мгц, что соответствует каждому импульсу, вызывающему вылет 1000 электронов из наконечника. об этой интенсивности фототока не сообщалось в предыдущей литературе.

рисунок: (слева) сканирующая головка стм подвешена к нижней части холодной головки и камере сверхвысокого вакуума с помощью пружин. (справа) изображение с атомным разрешением двухимпульсного автокорреляционного сигнала на поверхности ag(111) и сигнала фототока, извлеченного с помощью прерывателя фазовой синхронизации на поверхности fese.

в настоящее время эта система наблюдает стабильные сигналы фототока в различных материалах и может достигать субпикосекундного временного разрешения и пространственного разрешения на атомном уровне.например, при визуализации образца fese с использованием тгц фототока была обнаружена четкая решетка атомов se, и было обнаружено, что тгц фототок демонстрирует уникальное поведение вблизи дефектов, а это означает, что фототок способен переносить постоянный туннельный ток, который не может отражать тгц информацию; двухимпульсный автокорреляционный сигнал фототока, полученный на поверхности ag(111), имеет полную ширину на половине максимума 700 фс, что указывает на то, что этот тгц-стм может достигать субпикосекундного временного разрешения. успешное создание этой системы открыло новый мир для реализации сверхбыстрой технологии стм с временным разрешением, предоставив мощный инструмент для изучения динамических процессов в физике конденсированного состояния. в то же время многие инновационные разработки в этой системе также предоставили. информация для других новых идей оптически связанных стм.

эта работа финансировалась национальным фондом естественных наук китая и китайской академией наук. исследователи у кэхуэй, научный сотрудник чэнь лань и младший научный сотрудник ченг пэн из группы sf09 института физики руководили докторантами чжан хуайюй, тянь дачэн, лю цзыцзя и ма ченом для завершения этой работы. соответствующая работа опубликована под названием «разработка низкотемпературного терагерцового сканирующего туннельного микроскопа на основе безкриогенной схемы».преподобный учёный. инструмент.95, 093703(2024).