原子力显微镜中化学成键对力的贡献

李娜 陈曦 薛其坤

引用本文: 李娜, 陈曦, 薛其坤. 原子力显微镜中化学成键对力的贡献[J]. 物理化学学报, 2014, 30(2): 205-209. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312131 shu
Citation:  LI Na, CHEN Xi, XUE Qi-Kun. Contribution of Chemical Bonding to the Force in Atomic Force Microscopy[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(2): 205-209. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312131 shu

原子力显微镜中化学成键对力的贡献

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(10974111)资助项目 (10974111)

摘要:

迄今非接触原子力显微镜已经成为一个非常强大的工具. 它不仅能够得到表面的原子周期结构,还能给出分子内部的化学键信息. 针尖和样品之间的相互作用是原子力显微镜的有效信号,主要包括三种,即范德瓦尔斯相互作用、静电相互作用和化学键相互作用. 本文在生长于Si(111)-7×7 的铅薄膜上测量了针尖和样品之间的化学键相互作用. 通过获取该相互作用随偏压的变化,并且利用抛物线拟合有效局域接触势的位置,我们发现它是随着针尖和样品之间距离的增大而减小的. 这种趋势来自于针尖和样品之间波函数的交叠. 从而可以得到电子的衰减长度. 我们还测量到了该衰减长度随着铅薄膜厚度的变化会发生振荡,这种振荡归因于平顶楔形铅岛内电子的量子尺寸效应.

English

    1. [1]

      (1) Binnig, G.; Quate, C. F. Phys. Rev. Lett. 1986, 56, 930. doi: 10.1103/PhysRevLett.56.930

      (1) Binnig, G.; Quate, C. F. Phys. Rev. Lett. 1986, 56, 930. doi: 10.1103/PhysRevLett.56.930

    2. [2]

      (2) Orisaka, S.; Minobe, T.; Uchihashi, T.; Sugawara, Y.; Morita, S.Appl. Surf. Sci. 1999, 140, 243. doi: 10.1016/S0169-4332(98)00534-0(2) Orisaka, S.; Minobe, T.; Uchihashi, T.; Sugawara, Y.; Morita, S.Appl. Surf. Sci. 1999, 140, 243. doi: 10.1016/S0169-4332(98)00534-0

    3. [3]

      (3) Bammerlin, M.; Lüthi, R.; Meyer, E.; Baraoff, A.; Lü, J.;Guggisberg, M.; Loppacher, C.; Gerber, C.; Güntherodt, H. J.Appl. Phys. A 1998, 66, S293.(3) Bammerlin, M.; Lüthi, R.; Meyer, E.; Baraoff, A.; Lü, J.;Guggisberg, M.; Loppacher, C.; Gerber, C.; Güntherodt, H. J.Appl. Phys. A 1998, 66, S293.

    4. [4]

      (4) Giessibl, F. J. Science 1995, 267, 68. doi: 10.1126/science.267.5194.68(4) Giessibl, F. J. Science 1995, 267, 68. doi: 10.1126/science.267.5194.68

    5. [5]

      (5) Fukui, K.; Onishi, H.; Iwasawa, Y. Phys. Rev. Lett. 1997, 79,4202. doi: 10.1103/PhysRevLett.79.4202(5) Fukui, K.; Onishi, H.; Iwasawa, Y. Phys. Rev. Lett. 1997, 79,4202. doi: 10.1103/PhysRevLett.79.4202

    6. [6]

      (6) Oyabu, N.; Custance, ó.; Yi, I.; Sugawara, Y.; Morita, S. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 176102. doi: 10.1103/PhysRevLett.90.176102(6) Oyabu, N.; Custance, ó.; Yi, I.; Sugawara, Y.; Morita, S. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 176102. doi: 10.1103/PhysRevLett.90.176102

    7. [7]

      (7) Oyabu, N.; Sugimoto, Y.; Abe, M.; Custance, ó.; Morita, S.Nanotechnology 2005, 16, S112.(7) Oyabu, N.; Sugimoto, Y.; Abe, M.; Custance, ó.; Morita, S.Nanotechnology 2005, 16, S112.

    8. [8]

      (8) Sugimoto, Y.; Abe, M.; Hirayama, S.; Oyabu, N.; Custance, ó.;Morita, S. Nat. Mater. 2005, 4, 156. doi: 10.1038/nmat1297(8) Sugimoto, Y.; Abe, M.; Hirayama, S.; Oyabu, N.; Custance, ó.;Morita, S. Nat. Mater. 2005, 4, 156. doi: 10.1038/nmat1297

    9. [9]

      (9) Sugimoto, Y.; Pou, P.; Custance, O.; Jelinek, P.; Abe, M.; Perez,R.; Morita, S. Science 2008, 322, 413. doi: 10.1126/science.1160601(9) Sugimoto, Y.; Pou, P.; Custance, O.; Jelinek, P.; Abe, M.; Perez,R.; Morita, S. Science 2008, 322, 413. doi: 10.1126/science.1160601

    10. [10]

      (10) Ternes, M.; Luts, C. P.; Hirjibehedin, C. F.; Giessibl, F. J.;Heinrich, A. J. Science 2008, 319, 1066. doi: 10.1126/science.1150288(10) Ternes, M.; Luts, C. P.; Hirjibehedin, C. F.; Giessibl, F. J.;Heinrich, A. J. Science 2008, 319, 1066. doi: 10.1126/science.1150288

    11. [11]

      (11) Sugimoto, Y.; Pou, P.; Abe, M.; Jelinek, P.; Perez, R.; Morita, S.;Custance, ó. Nature 2007, 446, 64. doi: 10.1038/nature05530(11) Sugimoto, Y.; Pou, P.; Abe, M.; Jelinek, P.; Perez, R.; Morita, S.;Custance, ó. Nature 2007, 446, 64. doi: 10.1038/nature05530

    12. [12]

      (12) Gross, L.; Mohn, F.; Liljeroth, P.; Repp, J.; Giessibl, F. J.;Meyer, G. Science 2009, 324, 1428. doi: 10.1126/science.1172273(12) Gross, L.; Mohn, F.; Liljeroth, P.; Repp, J.; Giessibl, F. J.;Meyer, G. Science 2009, 324, 1428. doi: 10.1126/science.1172273

    13. [13]

      (13) Gross, L.; Mohn, F.; Moll, N.; Liljeroth, P.; Meyer, G. Science2009, 325, 1110. doi: 10.1126/science.1176210(13) Gross, L.; Mohn, F.; Moll, N.; Liljeroth, P.; Meyer, G. Science2009, 325, 1110. doi: 10.1126/science.1176210

    14. [14]

      (14) Mohn, F.; Gross, L.; Moll, N.; Meyer, G. Nature Nanotech.2012, 7, 227. doi: 10.1038/nnano.2012.20(14) Mohn, F.; Gross, L.; Moll, N.; Meyer, G. Nature Nanotech.2012, 7, 227. doi: 10.1038/nnano.2012.20

    15. [15]

      (15) de Oteyza, D. G.; rman, P.; Chen, Y. C.; Wickenburg, S.;Riss, A.; Mowbray, D. J.; Etkin, G.; Pedramrazi, Z.; Tsai, H. Z.;Rubio, A.; Crommie, M. F.; Fischer, F. R. Science 2013, 340,1434. doi: 10.1126/science.1238187(15) de Oteyza, D. G.; rman, P.; Chen, Y. C.; Wickenburg, S.;Riss, A.; Mowbray, D. J.; Etkin, G.; Pedramrazi, Z.; Tsai, H. Z.;Rubio, A.; Crommie, M. F.; Fischer, F. R. Science 2013, 340,1434. doi: 10.1126/science.1238187

    16. [16]

      (16) Martin, Y.; Wickramasinghe, H. K. Appl. Phys. Lett. 1987, 50,1455. doi: 10.1063/1.97800(16) Martin, Y.; Wickramasinghe, H. K. Appl. Phys. Lett. 1987, 50,1455. doi: 10.1063/1.97800

    17. [17]

      (17) Nonnenmacher, M. O.; Boyle, M. P.; Wickramasinghe, H. K.Appl. Phys. Lett. 1991, 58, 2921. doi: 10.1063/1.105227(17) Nonnenmacher, M. O.; Boyle, M. P.; Wickramasinghe, H. K.Appl. Phys. Lett. 1991, 58, 2921. doi: 10.1063/1.105227

    18. [18]

      (18) Li, J. L.; Jia, J. F.; Liang, X. J.; Liu, X.; Wang, J. Z.; Xue, Q. K.;Li, Z. Q.; Tse, J. S.; Zhang, Z. Y.; Zhang, S. B. Phys. Rev. Lett.2002, 88, 066101. doi: 10.1103/PhysRevLett.88.066101(18) Li, J. L.; Jia, J. F.; Liang, X. J.; Liu, X.; Wang, J. Z.; Xue, Q. K.;Li, Z. Q.; Tse, J. S.; Zhang, Z. Y.; Zhang, S. B. Phys. Rev. Lett.2002, 88, 066101. doi: 10.1103/PhysRevLett.88.066101

    19. [19]

      (19) Paggel, J. J.; Chiang, T. C. Science 1999, 283, 1709. doi: 10.1126/science.283.5408.1709(19) Paggel, J. J.; Chiang, T. C. Science 1999, 283, 1709. doi: 10.1126/science.283.5408.1709

    20. [20]

      (20) Chiang, T. C. Surf. Sci. Rep. 2000, 39, 181. doi: 10.1016/S0167-5729(00)00006-6(20) Chiang, T. C. Surf. Sci. Rep. 2000, 39, 181. doi: 10.1016/S0167-5729(00)00006-6

    21. [21]

      (21) Guo, Y.; Zhang, Y. F.; Bao, X. Y.; Han, T. Z.; Tang, Z.; Zhang,L. X.; Zhu, W. G.; Wang, E. G.; Niu, Q.; Qiu, Z. Q.; Jia, J. F.;Zhao, Z. X.; Xue, Q. K. Science 2004, 306, 1915. doi: 10.1126/science.1105130(21) Guo, Y.; Zhang, Y. F.; Bao, X. Y.; Han, T. Z.; Tang, Z.; Zhang,L. X.; Zhu, W. G.; Wang, E. G.; Niu, Q.; Qiu, Z. Q.; Jia, J. F.;Zhao, Z. X.; Xue, Q. K. Science 2004, 306, 1915. doi: 10.1126/science.1105130

    22. [22]

      (22) Qi, Y.; Ma, X. C.; Jiang, P.; Ji, S. H.; Fu, Y. S.; Jia, J. F.; Xue, Q.K.; Zhang, S. B. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 013109. doi: 10.1063/1.2403926(22) Qi, Y.; Ma, X. C.; Jiang, P.; Ji, S. H.; Fu, Y. S.; Jia, J. F.; Xue, Q.K.; Zhang, S. B. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 013109. doi: 10.1063/1.2403926

    23. [23]

      (23) Chan, T. L.; Wang, C. Z.; Hupalo, M.; Tringides, M. C.; Hou, K.M. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 226102. doi: 10.1103/PhysRevLett.96.226102(23) Chan, T. L.; Wang, C. Z.; Hupalo, M.; Tringides, M. C.; Hou, K.M. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 226102. doi: 10.1103/PhysRevLett.96.226102

    24. [24]

      (24) Ma, L. Y.; Tang, L.; Guan, Z. L.; He, K.; An, K.; Ma, X. C.; Jia,J. F.; Xue, Q. K. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 266102. doi: 10.1103/PhysRevLett.97.266102(24) Ma, L. Y.; Tang, L.; Guan, Z. L.; He, K.; An, K.; Ma, X. C.; Jia,J. F.; Xue, Q. K. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 266102. doi: 10.1103/PhysRevLett.97.266102

    25. [25]

      (25) Fu, Y. S.; Ji, S. H.; Chen, X.; Ma, X. C.;Wu, R.; Wang, C. C.;Duan, W. H.; Qiu, X. H.; Sun, B.; Zhang, P.; Jia, J. F.; Xue, Q.K. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 256601. doi: 10.1103/PhysRevLett.99.256601(25) Fu, Y. S.; Ji, S. H.; Chen, X.; Ma, X. C.;Wu, R.; Wang, C. C.;Duan, W. H.; Qiu, X. H.; Sun, B.; Zhang, P.; Jia, J. F.; Xue, Q.K. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 256601. doi: 10.1103/PhysRevLett.99.256601

    26. [26]

      (26) Ma, X. C.; Jiang, P.; Qi, Y.; Jia, J. F.; Yang, Y.; Duan, W. H.; Li,W. X.; Bao, X. H.; Zhang, S. B.; Xue, Q. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104, 9204. doi: 10.1073/pnas.0611024104(26) Ma, X. C.; Jiang, P.; Qi, Y.; Jia, J. F.; Yang, Y.; Duan, W. H.; Li,W. X.; Bao, X. H.; Zhang, S. B.; Xue, Q. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104, 9204. doi: 10.1073/pnas.0611024104

    27. [27]

      (27) Song, C. L.; Wang, Y. L.; Ning, Y. X.; Jia, J. F.; Chen, X.; Sun,B.; Zhang, P.; Xue, Q. K.; Ma, X. C. J. Am. Chem. Soc. 2010,132, 1456. doi: 10.1021/ja908040g(27) Song, C. L.; Wang, Y. L.; Ning, Y. X.; Jia, J. F.; Chen, X.; Sun,B.; Zhang, P.; Xue, Q. K.; Ma, X. C. J. Am. Chem. Soc. 2010,132, 1456. doi: 10.1021/ja908040g

    28. [28]

      (28) Altfeder, I. B.; Matveev, K. A.; Chen, D. M. Phys. Rev. Lett.1997, 78, 2815. doi: 10.1103/PhysRevLett.78.2815(28) Altfeder, I. B.; Matveev, K. A.; Chen, D. M. Phys. Rev. Lett.1997, 78, 2815. doi: 10.1103/PhysRevLett.78.2815

    29. [29]

      (29) Sader, J. E.; Jarvis, S. P. Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 1801. doi: 10.1063/1.1667267(29) Sader, J. E.; Jarvis, S. P. Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 1801. doi: 10.1063/1.1667267

    30. [30]

      (30) Chen, C. J. Nanotechnology 2005, 16, S27.(30) Chen, C. J. Nanotechnology 2005, 16, S27.

    31. [31]

      (31) Weiymouth, A. J.; Wutscher, T.; Welker, J.; Hofmann, T.;Giessibl, F. J. Phys. Rev. Lett. 2011, 106, 226801. doi: 10.1103/PhysRevLett.106.226801(31) Weiymouth, A. J.; Wutscher, T.; Welker, J.; Hofmann, T.;Giessibl, F. J. Phys. Rev. Lett. 2011, 106, 226801. doi: 10.1103/PhysRevLett.106.226801

    32. [32]

      (32) Guggisberg, M.; Bammerlin, M.; Loppacher, C.; Pfeiffer, O.;Abdurixit, A.; Barwich, V.; Bennewitz, R.; Baratoff, A.; Meyer,E.; Güntherodt, H. J. Phys. Rev. B 2000, 61, 11151. doi: 10.1103/PhysRevB.61.11151

      (32) Guggisberg, M.; Bammerlin, M.; Loppacher, C.; Pfeiffer, O.;Abdurixit, A.; Barwich, V.; Bennewitz, R.; Baratoff, A.; Meyer,E.; Güntherodt, H. J. Phys. Rev. B 2000, 61, 11151. doi: 10.1103/PhysRevB.61.11151

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  706
  • 文章访问数:  1655
  • HTML全文浏览量:  138
文章相关
  • 发布日期:  2014-01-23
  • 收稿日期:  2013-11-20
  • 网络出版日期:  2013-12-13
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章