李宇昂 吴迪 王栋立 胡昊 潘毅†

1) (西安交通大学材料学院, 自旋电子材料与量子器件研究中心, 金属材料强度国家重点实验室, 西安 710049)

2) (西安交通大学前沿科学技术研究院, 西安 710049)

1 引 言

具有显著量子效应的微观结构, 简称量子结构, 因其丰富的新颖物性和器件应用前景成为近些年的重要研究对象.对其量子效应的深入理解往往要求人们能够实现原子精度的精准测量, 而对其结构设计、物性调控、以及在器件中的应用还要求进一步实现原子精度的精准构筑或原子精度的制造.具体来讲, 就是通过对量子结构中格点单元、晶格常数、对称性等结构要素的控制, 来实现来对其局域电子结构、自旋序、量子结构间耦合等物性要素的调控, 进而获得新奇物性的实验发现或验证, 同时为将来工业应用提供可能的技术方案.基于扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope, STM)的原子(分子)操纵技术是该领域的一种独特而重要的研究手段, 它利用探针与衬底表面构筑单元(原子或分子)的高度局域作用力锚定单个构筑单元, 通过探针亚埃米级的三维移动实现精确搬运,从而满足了原子尺度精准构筑的要求.

STM 由IBM 苏黎世实验室的G.Binnig 和H.Rohrer 在1981 年发明.它利用导电探针尖端原子与样品表面的局域隧穿电流实现了对材料表面结构和电子结构的原子级精准测量.隧穿电流在1 nm 左右的真空间隙里就可以产生, 不需要探针和探测对象的接触(成键).施加在纳米尺度真空隧穿结两……