文档介绍：低温超高真空强磁场双探头STM 一、系统研发
系统研发及输运测试介绍
系统研发及输运测试介绍 1 背景
2 系统研发概述
3 测试结果
梁学锦 3
二、系统应用
中科院物理研究所超薄金属单晶薄膜的输运测试
1 背景 C、电导随温度的变化-- 低温、变温环境
ν
σ(T)∝ exp(T/T0) 强定域化
ν=1/3, Mott变程跳跃
ν=1, 定程跳跃
ν=1/2, Efros-Shklovskii Coulomb gap
A、输运测试-- 双(多)探头STM σ(T)∝ ln(T) 弱定域化
B、纳米材料的活性-- 超高真空环境
D、输运随磁场的变化-- 强磁场环境
●面内平行磁场可导致自旋相关的输运
●垂直磁场影响电子轨道运动和关联作用
●垂直磁场影响电子轨道运动和关联作用低温超高真空强磁场双探头STM
另外,自旋与电荷同磁场的相互作用对凝聚态物理中一些极为重要的+分子束外延联合系统
输运过程(超导、整数和分数量子霍尔效应等)起着决定性的作用,我
们有理由期待着这种相互作用将在纳米尺度的材料中继续发挥相似的作
用甚至可能导致新的量子现象
塞曼分裂:ΔE=gμB B
朗道能级差:ΔE=2μB B
对10T的外加磁场,将导致, ΔE ~ 1meV
1
双探针STM用于原位输运测试: 2、STM在原子尺度原位表征材料的形貌和电子态密度
1、超高真空中实现样品制备和输运测试一体化,较好地克服
A 明确材料的几何结构
了表面氧化、污染等造成的结效应
B 直接获得局域态密度-STS
A 纳米材料本身一般比较容易氧化或污染
B 光刻技术本身可能导致样品污染 3、精确控制探针与样品的接触和原位改变测试间距
C 电极易被氧化 A 通过STM的反馈技术控制探针与样品的“稳定”接触
大气下金属表面氧化速度(单位:原子层) 隧道结、QPC(单电子输运)、欧姆接触等
B 测试间距和电极取向可“方便”地改变
b1、定域化长度、各向异性等
b2、“克服”衬底的影响
2 系统研发概述
分子束外延
自行设计、组装,部件由海外公司制作
不足: 超导强磁场/可变温STM杜瓦
自行设计,英国CRYOGENICS公司制作
A 两端测试,研究体系受到限制
低温双探针STM
B 探针的导航不方便
自行设计、加工、组装
C 为保持有效的接触面积,探针的最小间距受限,还会
对样品结构造成破坏
分子束外延(MBE)系统 MBE 室设计
机械手
MBE室预处理腔
LEED/AES
RHEED
快速进样室
离子泵
2
五维运动、并具有加热和制冷功能的机械手 超导强磁场及可变温STM杜瓦
超导磁场及可变温STM杜瓦子系统
~RT STM 杜瓦
超导裂磁
(SPLIT COIL)
低温双探针STM
12T
超
导
磁低温双探针STM
铁
分
析 MBE
室室
光学测试和导航 DUAL STM: 控制系统
系统