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原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)，是一種可用來研究包括絕緣體在內的固體材料表面結構的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質的表面結構及性質。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發生形變或運動狀態發生變化。掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級分辨率獲得表面形貌結構信息及表面粗糙度信息。 原子力顯微鏡主要由帶針尖的微懸臂，微懸臂運動檢測裝置，監控其運動的反饋回路，使樣品進行掃描的壓電陶瓷掃描器件，計算機控制的圖像采集、顯示及處理系統組成。微懸臂運動可用如隧道電流檢測等電學方法或光束偏轉法、干涉法等光學方法檢測，當針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。AFM 測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。

項目簡介 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)，是一種可用來研究包括絕緣體在內的固體材料表面結構的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質的表面結構及性質。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發生形變或運動狀態發生變化。掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級分辨率獲得表面形貌結構信息及表面粗糙度信息。原子力顯微鏡主要由帶針尖的微懸臂，微懸臂運動檢測裝置，監控其運動的反饋回路，使樣品進行掃描的壓電陶瓷掃描器件，計算機控制的圖像采集、顯示及處理系統組成。微懸臂運動可用如隧道電流檢測等電學方法或光束偏轉法、干涉法等光學方法檢測，當針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。AFM 測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。a 傳統的商業CAFM 針尖圖  b 覆蓋有石墨烯層的CAFM 針尖應用范圍原子力顯微鏡(AFM) 在許多基礎研究領域中得到廣泛使用，是超微觀察工具，特別是對于不具有導電性的生物樣品和有機材料等，AFM 同樣可以提供較高分辨率的表面形貌圖像。同時，AFM 還具有操縱和改造原子、分子世界的手段。原子力顯微鏡為了避免加寬效應，一般通過電子束加工針尖使其曲率半徑達到幾個納米，來提高圖像的分辨率和準確度。但仍然存在著一些局限性，例如：針尖性質的變化很大，獲得高分辨率的圖像變得很難。另外，針尖掃描時的磨損對分辨率也有影響。AFM 能獲得原子分辨率，主要是因為在其針尖的表面存在著原子級的突起，構成了與樣品的實際接觸。但是這些突起的尺寸形狀和化學組成是未知的，而且在實驗中經常發生改變，因此獲得可信賴的針尖是成像過程中獲得高分辨率的關鍵。不同的針尖適用于AFM 不同的應用領域。導電原子力顯微鏡（CAFM）采用固體金屬作AFM 的針尖，對材料進行納米尺度的電學表征依然存在著同樣的困擾。 項目階段北京大學工學院研究團隊利用單層石墨烯包覆CAFM 金屬針尖，發現石墨烯包覆的針尖保留了包覆前針尖的形狀，并且包覆的針尖能承受非常高的電流和摩擦力。新型針尖具有穩定、耐磨、壽命長、圖像失真度低等優點，很好的解決了現有AFM 針尖中存在的問題，提高了AFM 的儀器性能。知識產權該項研究已經申請了歐洲專利，納米技術設備領域的諸多公司表現出了對該項研究成果的強烈興趣。合作方式 技術轉讓、合作開發、技術入股。

利用等強度的偏振正交的雙色飛秒光場（800nm + 400nm），深入研究遂穿電子干涉的干涉動力學，提出了利用新型的“時空電子干涉儀”，探測電子在遂穿過程中獲得勢壘下相位，揭示電子隧穿的動力學信息。該工作利用先進的冷靶反沖離子電子動量成像譜儀（所謂COLTRIMS），清晰地測量了正交雙色光場下的光子周期內干涉圖案。通過與理論模擬的對比 [強場近似（SFA）,庫侖修正的強場近似(CCSFA)和數值求解含時薛定諤方程（TDSE）]，揭示出了光電子勢壘下相位的對干涉圖案的貢獻。研究結果表明勢壘下相位蘊藏著的電子隧穿動力學信息，對光電子干涉和光電子全息起著不可或缺的作用。

研究團隊利用一團冷原子云在量子界面中演示了厄米性可調的動態分束器的干涉，在原子系綜中實現了行進中的光波與定域的原子自旋波之間的直接干涉，構建了一種新的物理模型。該物理模型同時適用于所有類似結構的介質和光界面，為非厄米量子物理研究提供了一個新的平臺。?

介紹了一個趨近絕對零度量子散射共振在化學反應中發揮重要作用的例子。F+H 2

石墨烯中電子除了自旋這個內秉自由度，還有子格贗自旋和谷贗自旋自由度。石墨烯中電子的多自由度給石墨烯帶來了很多新奇的物理性質。單原子缺陷是材料體系中最簡單的缺陷形式，可以作為一種模型體系來幫助了解缺陷對材料性質的影響和調控。物理學系何林教授課題組長期致力于研究石墨烯中的單原子缺陷，發現缺陷可對石墨烯中自旋、子格贗自旋和谷贗自旋相關的電學性質產生深刻影響。例如，他們利用掃描隧道顯微鏡（STM）首次證實石墨烯中單原子空位缺陷存在局域自旋磁矩，并在原子尺度上實現了對其自旋磁矩調控，實現了三種自旋量子態；觀測到石墨烯中單原子缺陷引入的對稱性破缺態，并系統地測量了缺陷附近谷極化和谷依賴的自旋極化在實空間的分布情況。 石墨烯中電子的子格贗自旋來自于其六角晶格結構，有A和B兩套子格，因此波函數數學形式上類似于自旋。對于電子自旋有很多有意思的可觀測物理現象，那么對應石墨烯中的子格贗自旋是否有可觀測的物理現象呢？帶著這一問題，何林教授課題組開展了深入研究。他們發現石墨烯中的單原子缺陷可以使準粒子在石墨烯手性不同的兩個谷之間發生彈性散射，并伴隨著子格贗自旋的旋轉，在缺陷附近產生一個原子尺度的子格贗自旋渦旋，而贗自旋在渦旋（單原子缺陷）的繞數直接反映了體系的Berry相位（圖1）。通常來說，貝利相位的測量需要借助于外加磁場，因為磁場可以驅動準粒子沿閉合的軌跡絕熱運動，所以這一的結果提供了一個簡單的方法測量不同層石墨烯Berry相位的方法。何林教授課題組利用STM測量單原子缺陷引起的谷間散射形成的電荷密度波振蕩，證明電荷密度波振蕩在實空間中增加的額外波前條紋數直接反映了子格贗自旋在渦旋的繞數，從而可直接測量不同層石墨烯的Berry相位。最近的工作中，他們對雙層石墨烯進行了詳細的研究，并將相關結果推廣到多層石墨烯體系。進一步他們還研究了相同和相反繞數的子格贗自旋渦旋的量子干涉。上述結果直接證明了子格贗自旋有很多豐富有趣的物理現象亟待深入研究，也為子格贗自旋物理提供了全新的研究思路。

石墨烯中電子除了自旋這個內秉自由度，還有子格贗自旋和谷贗自旋自由度。石墨烯中電子的多自由度給石墨烯帶來了很多新奇的物理性質。單原子缺陷是材料體系中最簡單的缺陷形式，可以作為一種模型體系來幫助了解缺陷對材料性質的影響和調控。物理學系何林教授課題組長期致力于研究石墨烯中的單原子缺陷，發現缺陷可對石墨烯中自旋、子格贗自旋和谷贗自旋相關的電學性質產生深刻影響。例如，他們利用掃描隧道顯微鏡（STM）首次證實石墨烯中單原子空位缺陷存在局域自旋磁矩，并在原子尺度上實現了對其自旋磁矩調控，實現了三種自旋量子態；觀測到石墨烯中單原子缺陷引入的對稱性破缺態，并系統地測量了缺陷附近谷極化和谷依賴的自旋極化在實空間的分布情況。 石墨烯中電子的子格贗自旋來自于其六角晶格結構，有A和B兩套子格，因此波函數數學形式上類似于自旋。對于電子自旋有很多有意思的可觀測物理現象，那么對應石墨烯中的子格贗自旋是否有可觀測的物理現象呢？帶著這一問題，何林教授課題組開展了深入研究。他們發現石墨烯中的單原子缺陷可以使準粒子在石墨烯手性不同的兩個谷之間發生彈性散射，并伴隨著子格贗自旋的旋轉，在缺陷附近產生一個原子尺度的子格贗自旋渦旋，而贗自旋在渦旋（單原子缺陷）的繞數直接反映了體系的Berry相位（圖1）。通常來說，貝利相位的測量需要借助于外加磁場，因為磁場可以驅動準粒子沿閉合的軌跡絕熱運動，所以這一的結果提供了一個簡單的方法測量不同層石墨烯Berry相位的方法。何林教授課題組利用STM測量單原子缺陷引起的谷間散射形成的電荷密度波振蕩，證明電荷密度波振蕩在實空間中增加的額外波前條紋數直接反映了子格贗自旋在渦旋的繞數，從而可直接測量不同層石墨烯的Berry相位。最近的工作中，他們對雙層石墨烯進行了詳細的研究，并將相關結果推廣到多層石墨烯體系。進一步他們還研究了相同和相反繞數的子格贗自旋渦旋的量子干涉。上述結果直接證明了子格贗自旋有很多豐富有趣的物理現象亟待深入研究，也為子格贗自旋物理提供了全新的研究思路。

若將氧化物變薄到乃至單層，其表面自由能受基底金屬的調制會向金屬表面自由能靠近（化學勢的混合），此時沉積在薄層氧化物上的金屬就有可能處于高分散狀態。研究人員在 Cu(110) 單晶表面生長單層 CuO 薄膜，再沉積鉑 (Pt) 金屬原子，得到 400 K 以上熱穩定的 Pt 單原子模型催化劑。若將氧化物層厚度增加，相同沉積量的 Pt 原子則在室溫下便會團聚，形成金屬團簇。這種負載型金屬單原子模型催化體系的制備方法簡單易行，不需要通過吸附分子或者嵌入晶格來穩定金屬單原子。