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la microscopía de efecto túnel de barrido de terahercios (thz-stm) es una nueva tecnología de análisis que tiene resolución espacial a escala atómica y resolución temporal ultrarrápida.el principio es combinar un microscopio de efecto túnel de barrido criogénico con un láser de pulso de terahercios ultrarrápido y enfocar el láser de pulso de terahercios ultrarrápido en la unión del túnel stm a través de una lente. el pulso de terahercios genera un campo eléctrico transitorio local en la unión del túnel. proceso de tunelización de corriente en una escala de tiempo ultrarrápida. la resolución temporal ultrarrápida se logra en stm controlando la fase de la envolvente portadora (cep) de los pulsos de terahercios y utilizando tecnología de sonda de bomba.debido a que la interacción entre la materia y la luz de terahercios contiene información física y química muy rica, la tecnología stm de terahercios es de gran importancia para explorar la excitación de baja energía y los procesos dinámicos en la física y química de la materia condensada.sin embargo, la construcción de thz-stm debe superar muchas dificultades técnicas. actualmente, solo unos pocos grupos en el mundo han logrado thz-stm de vacío ultraalto y baja temperatura con resolución temporal ultrarrápida y resolución espacial ultraalta. .

instituto de física, academia de ciencias de china/laboratorio estatal clave de física de superficies, centro nacional de investigación de física de la materia condensada de beijing, grupo sf09después de años de investigación de relés y optimización repetida, se ha construido con éxito un nuevo sistema thz-stm de vacío ultraalto y baja temperatura diseñado de forma completamente independiente.este sistema no utiliza el diseño tradicional stm tipo dewar de baja temperatura, sino que utiliza de manera innovadora un método de refrigeración de flujo continuo sin helio líquido para la refrigeración. la estructura simple de este inserto de baja temperatura permite que la sonda central stm y la cavidad de vacío ultraalto se diseñen en un estilo más compacto. colocar la lente de enfoque fuera de la cavidad de vacío ultraalto aún puede lograr un buen acoplamiento entre los pulsos de thz y los de baja temperatura. -temperatura stm, pero mejora enormemente la comodidad de operación. en la parte del camino óptico de thz, utilizaron linbo.₃el método de frente de onda inclinado de cristal genera pulsos ultrarrápidos de thz, que se enfocan en la unión del túnel stm a través de un espejo parabólico para lograr el acoplamiento entre los pulsos de stm y thz. al confocalizar dos haces de pulsos de thz con retardos de tiempo ajustables en la unión del túnel stm, se puede realizar un experimento de bomba-sonda de thz, logrando así resolución temporal. debido a que este novedoso diseño brinda comodidad operativa y puede lograr de manera eficiente un mejor enfoque de thz,la fotocorriente puede alcanzar un nivel máximo de 100pa a una frecuencia de repetición de 1mhz, correspondiente a cada pulso que impulsa 1000 electrones que se emitirán desde la punta. esta intensidad de fotocorriente no se ha informado en la literatura anterior.

figura: (izquierda) el cabezal de escaneo stm está suspendido de la parte inferior del cabezal frío y de la cámara de vacío ultra alto mediante resortes. (derecha) imagen de resolución atómica de la señal de autocorrelación de doble pulso en la superficie de ag(111) y la señal de fotocorriente extraída mediante bloqueo de fase chopper en la superficie de fese.

en la actualidad, este sistema ha observado señales de fotocorriente estables en una variedad de materiales y puede alcanzar una resolución temporal de subpicosegundos y una resolución espacial a nivel atómico.por ejemplo, las imágenes que utilizan fotocorriente de thz en una muestra de fese observaron una red clara de átomos de se y observaron que la fotocorriente de thz exhibe un comportamiento único cerca de los defectos, lo que significa que la fotocorriente es capaz de transportar corriente continua de túnel que no puede reflejar la información de thz; la señal de autocorrelación de doble pulso de fotocorriente obtenida en la superficie ag (111) tiene un ancho total a la mitad del máximo de 700 fs, lo que indica que este thz-stm puede alcanzar una resolución temporal de subpicosegundos. la construcción exitosa de este sistema ha abierto un nuevo mundo para la realización de tecnología stm ultrarrápida de resolución temporal, proporcionando una herramienta poderosa para estudiar procesos dinámicos en la física de la materia condensada. al mismo tiempo, también se han proporcionado muchos diseños innovadores en este sistema. información para otras nuevas ideas de stm acoplados ópticamente.

este trabajo fue financiado por la fundación nacional de ciencias naturales de china y la academia de ciencias de china. los investigadores wu kehui, el investigador chen lan y el investigador asociado cheng peng del grupo sf09 del instituto de física guiaron a los estudiantes de doctorado zhang huaiyu, tian dacheng, liu zijia y ma chen para completar este trabajo. el trabajo relacionado se publicó con el título "el desarrollo de un microscopio de efecto túnel de barrido de terahercios de baja temperatura basado en un esquema libre de criógeno".rev. ciencia. instrumento95, 093703(2024).