2022年2月,中國科學院空天資訊研究院(廣州園區)-廣東大灣區空天資訊研究院(以下簡稱“大灣區研究院”)成功研製出太赫茲掃描隧道顯微鏡系統,實現了優於原子級(埃級)的空間分辯率和優於500飛秒的時間分辯率,為國內首套自主研製的太赫茲掃描隧道顯微鏡系統。
掃描隧道顯微鏡(STM)是一種用於觀察和定位單個原子的掃描探針顯微工具。通過原子尺度的針尖,在不到一個納米的高度上,對不同樣品進行超高精度掃描成像。STM在低溫下可以利用探針尖端精確操縱單個分子或原子,不僅是重要的微納尺度量測工具,也是頗具潜力的微納加工工具,在原子級掃描、資料表面探傷及修補、引導微觀化學反應、控制原子排列等領域具有廣泛應用。但是,傳統的電學調製速率限制了STM在更高時間分辯率的觀測(一般具有微秒量級的時間分辯率)。2013年,加拿大阿爾伯塔大學Frank Hegmann教授,首次將太赫茲脈衝和STM結合,實現了亞皮秒時間分辨和納米空間分辨,隨後德國、美國等著名科研團隊紛紛開展相關科技研究。但我國在該領域的研究一直處於空白。
大灣區研究院太赫茲研究團隊歷時近12個月,突破了太赫茲與掃描隧道針尖耦合、太赫茲脈衝相位調製等覈心關鍵技術,成功研製出國內首臺太赫茲掃描隧道顯微鏡(THz-STM),具有埃級空間分辨率和亞皮秒時間分辯率(提升100萬倍以上),可同時實現高時間和空間分辨下的精密檢測(飛秒-埃級),為進一步揭示微納尺度下電子的超快動力學過程提供了强有力的科技手段,可用於新型量子資料、微納光電子學、生物醫學、超快化學等諸多領域,有望取得具有重要國際影響力的原創性科研成果。
該研究得到國家自然科學基金委太赫茲基礎科學中心、廣東省科技廳、廣州市、黃埔開發區等相關項目的資助。
THz-STM系統
矽重構表面原子分辨金表面原子分辨