超快掃描隧道顯微鏡并捕捉到極化子動力學(xué)行為
成功研制出國內(nèi)首臺超快掃描隧道顯微鏡,實(shí)現(xiàn)飛秒級時(shí)間分辨和原子級空間分辨,并捕捉到金屬氧化物表面單個(gè)極化子的非平衡動力學(xué)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(dá)到原子量級。然而受電流放大器帶寬的局限,其時(shí)間分辨一般只能達(dá)到微秒量級(10-6 s),而很多微觀動力學(xué)過程往往發(fā)生在皮秒(10-12 s)和飛秒(10-15 s)量級。為了提高STM的時(shí)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(shù)和STM相結(jié)合,利用超快光與電子隧穿過程的耦合來實(shí)現(xiàn)“飛秒-?!背叨鹊臉O限探測。盡管超快激光技術(shù)和STM相耦合的概念在上世紀(jì)90年代就被提出,但是相關(guān)研究進(jìn)展非常緩慢,主要受限于一系列技術(shù)難點(diǎn),例如:激光的熱效應(yīng)對STM隧道電流的干擾、激光誘導(dǎo)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(jī)制等。
北京大學(xué)
2021-04-11