中国科学技术大学：《电磁学》课程教学资源（专题报告）单原子分子测控（主讲：徐春凯）

单原子分子测控 徐春凯 中国科学技术大学近代物理系

单原子分子测控 徐春凯 中国科学技术大学近代物理系

如果有一天可以按人的意志安排一个个 原子，将会出现什么样的奇迹？.这些物 质将有什么性质？这是十分有趣的物理问 题。虽然我不能精确地回答它，但我绝不 怀疑当我们能在如此小尺寸上进行操纵时， 将得到具有大量独特性质的物质 费曼 1959年12月，美国物理年会

如果有一天可以按人的意志安排一个个 原子，将会出现什么样的奇迹？…这些物 质将有什么性质？ 这是十分有趣的物理问 题。虽然我不能精确地回答它，但我绝不 怀疑当我们能在如此小尺寸上进行操纵时， 将得到具有大量独特性质的物质。 －－费曼 1959年12月，美国物理年会

单原子分子测控的内容 e成像 ·“看到”单个的原子分子 e识别 识别所“看到”的是何种原子分子 操纵 ·对单原子分子的捕获、移动及转动操作 组合分解 将不同的单个粒子重新排列组合以形成新的分 子或器件，或者将单分子分解为多个粒子

单原子分子测控的内容 成像 ◼ “看到”单个的原子分子 识别 ◼ 识别所“看到”的是何种原子分子 操纵 ◼ 对单原子分子的捕获、移动及转动操作 组合分解 ◼ 将不同的单个粒子重新排列组合以形成新的分 子或器件，或者将单分子分解为多个粒子

单原子分子成像 。微观成像技术的发展 人眼的空间分辨0.1mm 光学显微镜~/2 0对可见光，空间分辨~0.2um ©X射线晶格衍射测量晶体结构 电子显微镜（透射电镜，TEM) 电子波长：50keV电子波长0.00536nm 01933年，鲁斯卡(N.Ruska首先研制成功 。空间分辨~0.2nm

单原子分子成像 微观成像技术的发展 ◼ 人眼的空间分辨～0.1mm ◼ 光学显微镜～/2 对可见光，空间分辨～0.2m X射线晶格衍射测量晶体结构 ◼ 电子显微镜（透射电镜，TEM） 电子波长：50keV电子波长0.00536nm 1933年，鲁斯卡(N.Ruska)首先研制成功 空间分辨～0.2nm

单原子分子成像 ·场电子显微镜(FEM)与场离子显微镜 (FIM) 原理 利用了电荷在导体表面分布与曲率半径的关系 荧光质涂层 场发射 场电离 接地 玻瑞片 接到真空泵 ☑ 高电压

单原子分子成像 ◼ 场电子显微镜（FEM）与场离子显微镜（FIM） 原理 利用了电荷在导体表面分布与曲率半径的关系 场发射 场电离

单原子分子成像 o1937年，E.W.Muller发明场电子显微镜 o1951年，E.W.Muer研究成功场离子显微镜 E.W.Muller,W针尖的He离子FIM像

单原子分子成像 1937年，E.W.Muller发明场电子显微镜 1951年，E.W.Muller研究成功场离子显微镜 E.W.Muller，W针尖的He离子FIM像

单原子分子成像 扫描电镜(SEM)与扫描透射电镜 (STEM) Q原理 利用电子束与样品作用产生的次级电子成像 。空间分辨取决于电子束的束斑大小 ·使用了场发射针尖的STEM,空间分辨~ 0.2nm ©具有元素分析功能

单原子分子成像 ◼ 扫描电镜（SEM）与扫描透射电镜（STEM） 原理 利用电子束与样品作用产生的次级电子成像 空间分辨取决于电子束的束斑大小 使用了场发射针尖的STEM，空间分辨～ 0.2nm 具有元素分析功能

heated filament light source (source of electrons) condenser lens ens specimen beam deflector objective lens specimen lens IMAGE ON eyepiece VIEWING lens projector SCREEN lens detector IMAGE VIEWED IMAGE ON DIRECTLY FLUORESCENT SCREEN LIGHT TRANSMISSION SCANNING MICROSCOPE ELECTRON MICROSCOPE ELECTRON MICROSCOPE

David Scharf,.鸡蛋壳扫描电镜像

David Scharf，鸡蛋壳扫描电镜像

单原子分子成像 扫描隧道显微镜(STM) o1981年，G.Binnig与H.Rohrer发明了STM 工作原理 利用了量子力学中的隧道效应 E

单原子分子成像 ◼ 扫描隧道显微镜（STM） 1981年，G.Binnig与H.Rohrer发明了STM 工作原理 利用了量子力学中的隧道效应