超快掃描隧道顯微鏡并捕捉到極化子動力學行為
成功研制出國內首臺超快掃描隧道顯微鏡,實現飛秒級時間分辨和原子級空間分辨,并捕捉到金屬氧化物表面單個極化子的非平衡動力學行為。掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope,STM)由于其隧穿電流具有高度的局域性,空間分辨率可以達到原子量級。然而受電流放大器帶寬的局限,其時間分辨一般只能達到微秒量級(10-6 s),而很多微觀動力學過程往往發生在皮秒(10-12 s)和飛秒(10-15 s)量級。為了提高STM的時間分辨率,其中一種比較可行的辦法是將超快激光的泵浦-探測(pump-probe)技術和STM相結合,利用超快光與電子隧穿過程的耦合來實現“飛秒-埃”尺度的極限探測。盡管超快激光技術和STM相耦合的概念在上世紀90年代就被提出,但是相關研究進展非常緩慢,主要受限于一系列技術難點,例如:激光的熱效應對STM隧道電流的干擾、激光誘導電流的低信噪比、超快激光脈沖在STM中的展寬、激光與隧穿電子間的耦合機制等。
北京大學
2021-04-11