李彦 郑琦 常霄 黄立 林晓 程志海 高鸿钧

1) (中国科学院物理研究所, 纳米物理与器件实验室, 北京 100190)

2) (中国科学院大学物理科学学院, 北京 100049)

3) (中国人民大学物理学系, 北京 100872)

原子力显微术在原子级分辨表征、化学键识别、探测电荷密度分布等领域都有重要的应用.本文在介绍原子力显微术基本工作原理的基础上, 着重介绍其在室温原子操纵、对原子/分子操纵过程的表征、以及绝缘基底上的电荷操纵三个方面的工作进展.主要内容有: 1)原子力显微术的成像原理及其对典型分子的化学键分辨表征; 2)原子力显微术在室温下的力学操纵和原子识别能力; 3)用原子力显微术操纵分子表面异构或吸附构型变化并表征该过程中的相互作用力; 4)在绝缘基底上通过原子力显微术对单分子及多分子的电荷操纵.原子力显微术操纵在这些领域内的工作拓展了扫描隧道显微镜在原子/分子操纵方面的工作范围, 为理解并精确控制操纵过程及构造纳米尺度器件提供了新的思路.

1 引 言

实现原子级精确操纵并构造纳米尺度器件是学术界和工业界的重要研究方向[1−16].早在1990年, IBM的科研人员就使用扫描隧道显微术(scanning tunneling microscopy, STM)实 现 了35个氙原子的操纵, 在镍 (110)表面拼写出“IBM”字样[1].科学家们使用STM对原子、分子进行操纵, 已成功构筑出多种具有新奇电子态的人造结构[2,3], 并可在单分子水平诱导表面化学反应[17−20].通过STM针尖操纵吸附在表面的单原子或分子, 使其按特定图样……