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　　【仪器网 科技成果】如果说费曼的“纳米”观念为构建微观世界做出了概念设计的话，那么扫描隧道显微镜(STM)的发明则是为实现这一微观世界迈出了至关重要的一步。
 

　　STM一种用于观察和定位单个原子的扫描探针显微工具，其基本原理是基于量子力学的隧道效应和三维扫描，通过原子尺度的针尖，在不到一个纳米的高度上，对不同样品进行超高精度扫描成像。STM主要用来描绘表面三维的原子结构图，在纳米尺度上研究物质的特性，利用扫描隧道显微镜还可以实现对表面的纳米加工，如直接操纵原子或分子，完成对表面的刻蚀、修饰以及直接书写等。
 

　　近日，中国科学院空天信息研究院(广州园区)-广东大湾区空天信息研究院(以下简称“大湾区研究院”)成功研制出太赫兹扫描隧道显微镜系统，实现了优于原子级(埃级)的空间分辨率和优于500飞秒的时间分辨率，成为国内首套自主研制的太赫兹扫描隧道显微镜系统。
 

THz-STM系统
 

　　STM是用一个极细的尖针，针尖头部为单个原子去接近样品表面，当针尖和样品表面靠得很近，即小于1纳米时，针尖头部的原子和样品表面原子的电子云发生重叠。此时若在针尖和样品之间加上一个偏压，电子便会穿过针尖和样品之间的势垒而形成纳安级10A的隧道电流。通过控制针尖与样品表面间距的恒定，并使针尖沿表面进行精确的三维移动，就可将表面形貌和表面电子态等有关表面信息记录下来。
 

　　利用这些多探针装置，可以对样品进行多模式的表征，这些模式包括隧道模式成像电子能态密度、在接触模式中充当电极以及作为浮动电极检测场效应跨导。2013年，加拿大阿尔伯塔大学教授Frank Hegmann，首次将太赫兹脉冲和STM结合，实现了亚皮秒时间分辨和纳米空间分辨，随后德国、美国等科研团队纷纷开展相关技术研究。
 

　　大湾区研究院太赫兹研究团队历时近12个月，突破了太赫兹与扫描隧道针尖耦合、太赫兹脉冲相位调制等核心关键技术，成功研制出国内首台太赫兹扫描隧道显微镜(THz-STM)。该显微镜具有埃级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率(提升100万倍以上)，可同时实现高时间和空间分辨下的精密检测(飞秒-埃级)，为进一步揭示微纳尺度下电子的超快动力学过程提供了强有力的技术手段，同时对于开发新型硅纳米电子学和以太赫兹频率工作的原子级器件是至关重要的。THz-STM可用于新型量子材料、微纳光电子学、生物医学、超快化学等领域，有望取得具有重要国际影响力的原创性科研成果。