掃描隧道顯微鏡橫向單原子操縱的理論研究獲新進展

    近日，中國科學院物理研究所表面物理國家重點實驗室的高世武研究員和博士生劉凱對STM在Cu(111)表面上橫向操縱單個Co原子的機制和動力學過程進行了理論研究，取得了新的成果，並於11月25日發表在Phys. Rev. Lett. 95, 226102 (2005)上。

    高世武等人在近期實驗的基礎上研究發現，和以往的STM操縱原子和分子的實驗觀測不同，在Co/Cu(111)這個體系中，Co原子沿Cu(111)表面的橫向遷移是由Co原子的橫向受阻振動模式被直接激發而引起的。更為重要的是，基於非彈性電子引起的局域振動激發機制，他們對遷移率和偏壓之間的非線性依賴關係進行了模擬，發現在實驗中的低溫(2.3K)條件下，Co原子在fcc位置和hcp位置間的跳躍過程越過了一個非絕熱的勢壘，原因是由於橫向振動模式被非彈性隧道電流局域加熱所造成的。同時，他們在理論上預測，如果在更高的溫度下研究同一個系統，Co原子遷移時感受到的勢壘會趨於低得多的絕熱勢壘。

    據悉，自1982年，IBM蘇黎世實驗室的G.Binning和H.Rohrer發明掃描隧道顯微鏡(STM)以來，表面科學領域的面貌煥然一新。藉助於掃面隧道顯微鏡，人們不僅可以在原子級解析度的水平上觀察材料的表面形貌，還可以通過操縱單個原子和分子，製造出具有特定大小、形狀和功能的人工納米結構。同時，利用掃描隧道顯微鏡對單個原子和分子的操縱，人們還可以研究表面上的化學反應，分子的形成，分子開關，原子尺度的滑移、擴散和摩擦等諸多課題；從更加基礎的層面來講，單原子分子操縱可以研究亞納米尺度的電聲耦合，電子和能量的轉移和耗散以及量子行為的振動激發等。可見，這是一個重要而又蘊藏眾多發現機遇的領域，理論上的研究也就顯得尤為必要。