1、項目名稱：基于掃描探針技術的納米表征新方法研究首席科學家：起止年限：依托部門：白雪冬中國科學院物理研究所2012.1至2016.8中國科學院一、關鍵科學問題及研究內容本項目發展和利用掃描探針技術，研制高時空分辨、原位動態的納米表征儀器，建立納米表征的新原理和新方法；并利用開發的納米表征技術，研究前沿科學問題。擬解決的關鍵表征技術、科學問題和主要研究內容有：1、發展原子尺度表面電子態表征技術1）發展AFM的qPlus技術，解決qPlus技術發展中遇到的問題，包括（1）降低qPlus實驗中電流和力信號間的串擾問題；（2）低噪聲qPlus信號的測量；和（3）qPlus傳感器的實驗參數標定問題等。運用

2、qPlus技術實現短程化學的測量，表征表面電荷分布和電子結構特征，定量化研究表面吸附原子分子與AFM針尖間的物理和化學作用力特征，實現對表面吸附原子分子與基底間電荷轉移、以及原子分子吸附物在表面擴散能壘的測量，揭示電荷傳輸與轉移的動力學機制。2）開發動態諧振調頻/調相AFM技術，實現二次諧波成像，獲得AFM原子像，并利用它進行多體系的納米力學測量；發展導電AFM技術，測量表面/界面局域電輸運性質。2、發展空間分辨表面激發態動力學過程表征技術發展超低溫超快激光耦合STM技術，結合超快激光的時間分辨與STM的空間分辨，實現時間和空間上的高分辨探測和操縱手段；研究單個納米結構受激充放電過程及由此引起

3、的吸附構型和形貌的變化；在皮秒-納秒時間尺度上探測激發態時間響應過程，研究納米體系光激發及相關動力學過程。3、研發單個納米結構單元性質-結構對應關系表征技術開發高分辨透射電鏡中掃描探針技術，研制透射電鏡原位光電測試系統，實現原位微區光學測量（包括陰極發光、電致發光和光致發光）、電學測量、光電轉換性質測量和探針操縱功能；研制光-機-電一體化掃描探針，提高信號的收集效率，增加檢測信號的強度，在原子結構分辨的條件下實現納米材料的多物性測量；表征界面離子傳輸、界面電化學和光電化學的微觀過程。4、發展納米尺度物性與多場耦合性質測量技術在納尺度光電高分辨測量方面，研制低溫掃描近場光學顯微鏡與高分辨光電流譜

4、的聯合系統。一要突破光的衍射極限，二要提高對微弱信號的檢測能力。對于利用有孔徑探針的SNOM,提高光的透射率和提高探針系統的穩定性。對于無孔徑金屬探針而言，關鍵問題是金屬探針的表面等離子體共振增強機理、增強型金屬探針的設計、以及探針與激發光和探針定位下的納米結構的相互作用；在納尺度熱、電、聲測量方面,建立納米尺度熱學-聲學原位定量表征技術,開展納米材料亞表面結構顯微成像及微區彈性、熱學特性的高分辨率聲學、熱學顯微成像,研究近場聲學、熱學顯微成像機制,原位實時評價電場、溫場等外場下納米材料電子態所誘導的載流子輸運行為,揭示微結構動態演化機制及其相互作用的影響規律,闡明納米尺度結構變異與納米尺度功

5、能響應之間的本質關聯；在納米尺度磁、電、力、光耦合性質測量方面,設計制作一套可同時施加磁場、電場、應力、光的變溫測量探針臺,實現多鐵納米材料光、機、電、磁、應力、溫度等多場耦合性質的測量。5、探索納米表征的新原理和新方法結合量子力學和經典理論計算,系統研究納米材料和納米結構的表面效應、界面效應、尺寸效應和量子效應等引起的性質、現象和過程,探索適合納米材料物性測量新原理和新方法。二、預期目標本項目的總體目標是，從納米材料最基本的電子結構和電子態激發態動力學過程的探測數據出發，綜合分析原位外場下高時空分辨的性質、現象和過程的表征結果，建立納米表征原理和方法模型，并自主研發相應的高分辨表征測量技術和

6、儀器設備，做出重要的原始創新性成果，取得有國際影響的重大突破，提升我國在高精尖納米分析測試儀器設備制造方面的能力和水平，并提升我國自主創新和自主開發核心技術的能力，為我國納米科技的發展提供可持續的技術支持。同時，希望通過組織這一項目，凝聚在掃描探針技術和納米研究領域的重要研究力量和技術儲備，達成優勢互補，互通有無。鍛煉出一支高水平且有國際競爭力的研究隊伍，培養優秀的且具有國際水準的學術帶頭人，并培養優秀的研究生和博士后，充實我國納米科技的研究隊伍和納米科技產業化的專業隊伍。五年預期目標如下：1、發展先進的納米表征技術1）先進原子力顯微鏡技術完成動態諧振調相模式AFM的設計制作，實現多次諧波成像

7、，獲得原子分辨像，測量納尺度下的各種短程力和長程力；發展并運用qPlus技術，在原子尺度表征表面結構和電子態，測量短程化學力和分子力；發展導電AFM,測量表面/界面局域電輸運性質。2）超快激光耦合掃描隧道顯微鏡技術實現具有空間分辨的超快動力學表征技術，通過耦合低溫超高真空STM，實現皮秒-納秒時間分辨、原子級空間分辨、及電子態能量分辨等多維度綜合測控技術；實現對納米系統的電子激發態（涉及單粒子激發態和集體激發態）和動力學過程的時間和空間上的探測與分析，在一些簡單原位可以制作的體系上獲得基本物理過程的理解。3）高分辨透射電鏡中的掃描探針技術研制完成高分辨透射電鏡與掃描探針光電測試聯合系統，實現原

8、子結構與性質一一對應的原位表征，表征結構包括表/界面和體結構，測量功能包括單個納米結構單元的電學性質、光學性質和光、電相互轉換特性等；開發光機電一體化掃描探針，實現微區操縱和納尺度光、機、電耦合性質的測量；利用原位外場條件，在原子水平觀察界面離子交換和界面電化學、光電化學的微觀動態過程。4）納尺度物性與多場耦合性質的探針測量技術發展低溫掃描近場光學顯微鏡及其與光電測試聯合系統。尋找提高近場光學成像的分辨率和增加其穩定性的新原理和新方法，利用低溫掃描近場光學顯微鏡測量半導體納米結構的近場形貌與近場發光特性和金屬表面等離激元光學器件的光學特性，探測受限體系中電子輸運行為及量子特性；發展和建立基于S

9、PM的納尺度彈性與熱學特性原位定量表征技術，研究外場下納米材料電子態誘導的載流子輸運行為與微結構演化機制；設計制作可以原位施加磁場、電場、光、應力的變溫探針臺，原位研究多鐵材料納米結構磁場、電場、光、應力、溫度等多場耦合與調控性質。2、研制六種先進的納米表征儀器，技術指標分別如下：1）調頻/調相模式原子力顯微鏡：結構分辨率：實現二次諧波信號成像，獲得Si（lll）-7X7原子像；力分辨率：pN。2）超快激光耦合掃描隧道顯微鏡：時間分辨范圍：200fs至1ns；原子級空間分辨：1；溫度：15K；超高真空：10-lOTorr。3）透射電鏡與掃描探針光電測試聯合系統空間分辨：0.2nm;探針移動精度

10、：1nm;光譜檢測波長范圍：紫外到中紅外；光信號檢測強度：檢測到單根納米線發光；動態觀察分辨率：可觀察到電場下離子的遷移過程。4）低溫掃描近場光學顯微鏡光電測試系統光學分辨率：50nm;光學照射面積:100nm;光電流信號:0.1nA;低溫：7K。5）納米熱學-聲學掃描探針顯微鏡分辨率：聲學分辨率：10nm；熱學分辨率：50nm；工作參數：聲學調制頻率：2kHz-100kHz；熱學探針激勵電流：2mA-100mA；熱學探針激勵頻率：100Hz-10kHz；樣品外場工作范圍：外加電場：150V可控脈沖電源及直流偏置電源；外加溫度：室溫-50oC。6）磁、電、力多功能納米物性測量探針臺磁場施加方向

11、：0-360度方向旋轉；溫度范圍：10-500K。3、預期的成果產出本項目將發揮各個課題組的特色和優勢，重點在上述先進儀器的研發和應用方面取得研究成果，預期開發4種尚無商業化的儀器，每一種儀器的研發都是納米表征技術研究領域的突破。該項目研究在國際上具有競爭力，開展本項目研究對提高我國基礎研究的原始創新和未來納米研究的可持續發展具有重要的意義。本項目還將獲得一系列具有自主知識產權、有重要應用價值的納米表征新技術和新方法，將申請發明專利30項左右。計劃培養博士研究生50名左右，在項目骨干成員中培養3名左右國家杰出青年基金獲得者，發表影響因子6的論文20篇以上，其它文章80篇以上。本項目也將積極參與

12、國家實驗室和創新基地建設。三、研究方案本項目研究的學術思路是，發展利用掃描探針技術，從表面電子態及其激發動力學過程的探測到單個納米單元原子結構-性質的表征，再到納尺度物性與多場耦合性質測量這樣三個不同層面上開展表征技術研究，即電子結構f原子結構f納米結構三個層面，它們在尺度上依次遞進放大，前者為后者提供物理基礎和設計指導，后者在建立模型時向前者提出探測要求，每個層面又各有自己的技術要求和關注的問題。各個層面在探針技術上相互合作，在科學問題上相互提供數據支持。通過高時空分辨和多尺度、多維度的綜合表征結果，結合量子力學和經典理論分析，系統研究表面效應、界面效應、尺寸效應和量子效應等，探究納米尺度的

13、物性測量原理、方法及其適用判據，開發國際上尚無商業化的儀器。總體研究思路和技術途徑如下圖所示：總體研究思路和技術途徑示意圖本項目具體的技術方案是：1、發展先進原子力顯微鏡技術研發石英音叉的動態AFM,具有多種成像模式，如振幅、位相虛部、位相實部、間距等成像模式。利用Af(z)譜研究原子分子與針尖化學鍵力，識別表面元素的化學特征，測量基底表面不同點位與針尖力相互作用的空間分布。發展導電針尖AFM,測量表面局域接觸電勢差，研究局域電學性質。2、研發超快激光耦合掃描隧道顯微鏡技術在超快時間分辨光耦合STM的技術方案中，我們將STM的原子級空間分辨與超快激光的飛秒級時間分辨兩個尖端的實驗手段有機地結合

14、起來，同時也是光學調控手段和電學調控手段的有機結合，在國際上都屬于最新嘗試。為獲得高度穩定性，除了設計最佳的地面機械減振系統外，在STM設計上采用在振動穩定性方面性能優異的Besocke設計。這種設計的優點表現在壓電陶瓷管的對稱分布上，這樣可以盡量減少溫差引起的漂移。而且，這種開放式掃描探頭的設計可兼容多種光收集方案。為減少震動耦合，激光器系統與STM超高真空腔將處于不同的減震平臺。利用超快激光泵浦-探測技術，調制脈沖對延時，探測遂穿電流或者熒光光譜的變化。通過該變化曲線，可以在皮秒甚至亞皮秒級精度得到激發態的壽命。對于其他一些激發態過程，如電荷轉移等，相應的時間常數可能達納秒量級。為提高測量

15、信號靈敏度，實驗中將使用鎖相放大技術，通過延時信號與探測信號的關聯測量提高信噪比。3、研制原位透射電鏡掃描探針光電測試系統研制儀器的系統主要由透射電鏡樣品臺及其內置的光學測量、光電測量和探針驅動四部分組成。4、發展低溫掃描近場光學顯微鏡與高分辨光電測試系統掃描近場光學顯微鏡設計在超高真空和液氦杜瓦中，制作連接樣品的電極裝置，可檢測電流和加電壓。光通過光纖針尖以100納米區域照射掃描樣品，此裝置可獲得樣品的光電流變化。探頭既可是光纖針尖，又可以是IT0導電針尖，同時可獲得發光樣品的電子態和光信號。5、發展高分辨掃描探針熱電顯微鏡技術建立了基于SPM的高分辨率三倍頻雙探針掃描熱電顯微術，實現熱電材

16、料微區熱導的定性評價和原位定量測量，研究高性能能源轉換材料中有關與熱物理特性密切相關的載流子輸運等關鍵科學問題。6、設計制作磁電力多功能探針臺可以原位施加磁場（磁場可以360度轉角）、電場、光、應力的可變溫探針臺（溫度范圍10-500K），原位研究磁場、電場、光、應力、溫度對納米材料磁性和電性的調控。與國內外同類研究相比，本項目的創新點是，將掃描探針技術的優勢應用于納米表征研究中，在原子級空間分辨、飛秒級時間分辨水平探測表面電子態和激發態動力學過程，在單個納米結構單元的層次表征原子結構與性質的一一對應關系，實現原位多尺度多維度的動態表征，開發幾種國際上尚無商業化的儀器，在國內外同類研究中處于先

17、進水平。本項目組很多成員在掃描探針技術上有特長，如qPlus技術、光耦合超快STM技術、低溫STM高分辨能譜技術、原位TEM技術、SNOM技術、掃描探針壓電-熱學-聲學顯微技術等等。所有成員均是國內納米研究的中青年骨干力量。綜上所述，本項目建立在項目組前期研究的堅實基礎與創新性成果之上，項目組成員在掃描探針技術和納米研究中做出過開創性研究工作。本項目跨學科研究隊伍比較集中，對國內外掃描探針技術研究動態與現狀有清楚的了解和深入的認識，成員之間已形成了很好的默契和相互合作。有些骨干成員之間已經合作發表了有國際影響的論文或合作申請發明專利，非常有利于本項目的管理和組織。因此，本項目基于掃描探針技術發

18、展納米表征新方法研究是先進可行的，如能得到資助，項目將會順利實施，能夠取得一系列出色的創新性成果，以該項目為起點平臺，在我國打造一支納米表征技術研究的穩定隊伍。課題設置課題一：先進原子力顯微鏡技術與應用研究預期目標：本課題將研制一臺儀器：動態諧振調頻/調相模式原子力顯微鏡。申請6項以上專利，在影響因子大于6的學術刊物上發表5篇以上論文，其它論文20篇以上，力爭在12個重大科學問題研究上取得創新性成果。主要研究內容：1、發展AFM的qPlus技術，在原子尺度測量表面電子態，實現高分辨力/電相關的測量技術。包括：1）降低qPlus實驗中電流和力信號間的串擾問題；2）低噪聲qPlus信號的測量問題；

19、3）qPlus傳感器的實驗參數標定問題等。2、應用qPlus技術測量納尺度下表面原子/分子與針尖間化學鍵作用力、表面電荷分布和局域功函數等。3、研制動態諧振調頻/調相AFM：設計具有石英音叉、Al2O3和導電針尖的AFM結構，開發動態諧振調相AFM技術，實現二次諧波成像，獲得AFM原子像，并利用它進行多體系的納米力學測量。4、發展導電AFM技術，測量表面/界面局域電輸運性質。經費比例：24%承擔單位：國家納米科學中心、中國科學院物理研究所課題負責人：裘曉輝學術骨干：鄧珂、郭延軍、梁學錦、王晶課題二：超快激光耦合掃描隧道顯微鏡技術與應用研究預期目標：本課題將研發一臺儀器：超快激光耦合掃描隧道顯微

20、鏡系統。申請6項以上專利，在影響因子大于6的學術刊物上發表5篇以上論文，其它論文20篇以上，力爭在12個重大科學問題研究上取得創新性成果。主要研究內容：1、發展超快激光耦合STM技術研發超高真空低溫光耦合STM系統，完善低溫和超高真空設計，優化信號采集和數據處理，完善納米結構激發態超快時間分辨技術。研究超快脈沖激光對納米體系隧穿電流激發過程的影響。2、納米體系光激發及相關動力學過程研究1）利用超快激光激發單個納米體系，研究激光脈沖對納米結構表面擴散、吸附構型及形貌變化、表面化學鍵重構等的影響。在皮秒-納秒時間尺度上探測激發態時間響應動力學過程。研究單個納米結構受激充放電過程及由此引起的吸附構型

21、和形貌的變化，以及誘導的熒光光譜等。2）研究NiAl,Cu或者Au等金屬襯底上制備超薄的氧化物和氯化物絕緣層的生長技術和條件優化，及納米結構的可控生長方法。超薄絕緣層可以調制納米結構與金屬襯底間的耦合，同時還能保證電子能夠遂穿。擬研究的納米結構包括金屬納米顆粒（Au,Ag等）、半導體納米顆粒（如TiO2等）、及卟啉類光敏分子。經費比例：24%承擔單位：中國科學院物理研究所課題負責人：陸興華學術骨干：郭陽、單欣巖、紀愛玲、江南課題三：透射電鏡中的掃描探針技術與應用研究預期目標：本課題將研制一臺儀器：原位透射電鏡掃描探針納米表征系統。申請6項以上專利，在影響因子大于6的學術刊物上發表5篇以上論文，

22、其它論文20篇以上，力爭在12個重大科學問題研究上取得創新性成果。主要研究內容：1、透射電鏡內置三維掃描電學探針的設計制作。三維掃描探針驅動功能由兩部分構造實現，一部分是壓電陶瓷片驅動，實現在縱向方向的移動；另一部分是由壓電陶瓷管驅動，利用振動模式驅動針尖在兩個橫向方向的移動，利用壓電陶瓷管的彎曲和伸縮實現三維方向的細調。2、透射電鏡內置三維掃描光學探針的設計制作。為提高光纖對透射電鏡樣品收集信號的效率，增加光纖接受光的立體角或光纖透鏡；同時，制作光纖探針代替原有的掃描探針，使光纖直接與樣品接觸，從而提高收集信號的效率。3、應用研發的儀器，測量納米材料界面電學和光學性質，原位表征界面高分辨結構

23、，實現界面光電性質與結構的一一對應，在原子尺度揭示界面光電性質的機理。研究界面光電耦合性質，揭示納米結構光、電轉換特性和光電調控的機理。4、應用研發的儀器，開展氧離子傳輸過程的原位直接觀察及其對相關物理和化學性質重要影響的研究；研究氧化物界面氧離子和電子的混合傳輸特性，探索新型器件的原理基礎。經費比例：28%承擔單位：中國科學院物理研究所、中國科學院寧波材料技術與工程研究所、武漢理工大學課題負責人：白雪冬學術骨干：許智、麥立強、曹鴻濤、汪愛英課題四：納尺度物性與多場耦合性質的探針測量技術研究預期目標：本課題將研發兩臺儀器：低溫掃描近場光學顯微鏡和納米熱學-聲學掃描探針顯微鏡。申請6項以上專利，

24、在影響因子大于6的學術刊物上發表5篇以上論文，其它論文20篇以上，力爭在12個重大科學問題研究上取得創新性成果。主要研究內容：1、發展低溫掃描探針近場光學顯微鏡技術完善液氦溫區的近場光學顯微鏡系統，主要包括：a）制備高分辨、高通光量的光纖探針及金屬化，提高系統的響應能力；b）完善近場熒光系統，光的激發、接收、微弱信號的檢測、數字圖像處理；c）建立非線性光學信號（二次諧波或高次諧波）檢測系統；d）解決在較長時間內對微弱信號成像過程中圖像的漂移問題。2、高分辨納米熱學-聲學掃描探針顯微術的開發建立納米尺度熱學-聲學原位定量表征技術，開展納米材料亞表面結構顯微成像及微區彈性、熱學特性的高分辨率聲學、

25、熱學顯微成像，研究近場聲學、熱學顯微成像機制，原位實時評價電場、溫場等外場下納米材料電子態所誘導的載流子輸運行為，揭示微結構動態演化機制及其相互作用的影響規律，闡明納米尺度結構變異與納米尺度功能響應之間的本質關聯。3、納尺度磁、電、力多場耦合性質的測量技術研究設計制作可以施加磁場、電場、光、應力的變溫探針臺，原位研究多鐵材料納米結構磁場、電場、光、應力、溫度等多場耦合與調控性質。以多鐵材料作為研究實例，研究納米尺度下鐵磁-鐵電-鐵彈的耦合特性。經費比例：24%承擔單位：北京大學、中國科學院上海硅酸鹽研究所、中國科學院寧波材料技術與工程研究所課題負責人：林峰學術骨干：曾華榮、萬青、李潤偉、陳斌課

26、題間關系圍繞項目的總體目標，發展基于掃描探針技術的幾個關鍵技術，從表面電子態及其激發動力學過程的探測到單個納米功能單元性質-結構關系表征，再到納米尺度物性與多場耦合性質測量這樣三個不同層面上開展表征技術研究。通過綜合的高時空分辨和多尺度、多自由度的表征結果，結合理論分析，建立適合納米尺度材料表征的新技術、新方法及其適用判據，開發國際上尚無商業化的儀器。按上述思路，設臵以下四個課題：（1）先進原子力顯微鏡技術與應用研究；（2）超快激光耦合掃描隧道顯微鏡技術與應用研究；（3）透射電鏡中的掃描探針技術與應用研究；（4）納尺度物性與多場耦合性質的探針測量技術研究。四個課題形成從電子結構f原子結構f納米

27、結構三個層面開展表征技術研究這樣一條主線，前者為后者提供物理基礎和設計指導，后者在建立模型時向前者提出探測要求，每個層面又各有自己的技術要求和關注的問題。各個層面在探針技術上相互合作，在科學問題上相互提供數據支持。基于三個層面的表征結果，實現高時空分辨和多場條件下的性質、現象和過程的綜合表征。課題三在界面和體結構分辨的環境下開展單個納米結構的物性測量研究，可起到聯系前后課題的橋梁紐帶作用。四個課題間關系密切，彼此相互補充，相互支持，形成一個多尺度、多維度、高時空分辨表征技術研究的有機整體，用圖示概括如下：四個課題間的關系簡圖四、年度計劃研究內容預期目標第年在納米表征技術研究方面，發展qPlus

28、-AFM技術，著重解決實驗中的關鍵技術問題：降低qPlus-AFM實驗中電流和力信號間的串擾問題；qPlus-AFM信號的低噪聲測量；qPlus-AFM傳感器的實驗參數標定等;利用超快光譜技術進行特征樣品的時間分辨測量；完善原位透射電鏡掃描電學探針的設計制作，提高掃描探針的穩定性和掃描探測范圍；低溫掃描近場光學顯微鏡的研制，著重于真空腔體中壓電掃描特性；高分辨率納米熱學-聲學顯微成像研究；針對多場耦合測試技術，對國內外相關研究工作進行綜合調研，優化納米尺度磁電力光熱多場耦合測量技術整體方案，設計并購置低溫探針臺主機系統。在納米表征的材料基礎方面，制備原子級平整的NiAl,Cu,Au,Ag等單晶

29、表面；在NiAl,Cu或者Au等金屬襯底上制備原子級平整的超薄氧化物和氯化物等絕緣層;利用低溫吸附和外延生長技術，在絕緣層上生長金屬納米結構（Au，Ag等），沉積半在納米表征技術方面，完善和優化商品化儀器qPlus-AFM技術，實現原子分辨成像和極微弱力的精確測量；實現特征樣品的超快光譜測量；提高原位透射電鏡電學測量的能力，既能對納米材料結構單元/材料微區進行操作和電學測量，又具有穩定的原子結構分辨能力；獲得在真空腔體中掃描近場光學圖像，提高其光學分辨率；揭示納米近場熱學、聲學成像機理；獲得納米尺度磁電力多場耦合測量技術整體方案，完成低溫探針臺主機系統設計和購置。在納米表征材料基礎研究方面，完

30、成原子級平整的NiAl,Cu,Au，Ag等單晶表面的制備；獲得NiAl,Cu或者Au等金屬襯底上原子級平整的超薄氧化物和氯化物等絕緣層；實現在絕緣層上生長金屬納米結構（Au，Ag等），沉積半導體納米顆粒（如TiO2等），吸附卟啉類光敏分子等的制備;制備出特定功能的半導體納米線和薄膜、氧化鈰和硅、釩氧化物等納米材料。研究內容預期目標導體納米顆粒(如TiO2等)，吸附卟啉類光敏分子等；開展光電功能納米結構和離子型導體材料的制備研究。第年利用qPlus-AFM技術Af(z)譜研究原子/分子與針尖化學鍵力，識別表面元素的化學特征；開發動態諧振調相AFM技術，實現高次諧波成像，進行納米力學測量；優化低溫

31、和超高真空設計，提高信號采集和數據處理能力，完善超高真空低溫光耦合STM系統；利用高分辨STM表征金屬/超薄絕緣層/單分子納米體系的空間構型以及電子局域態密度譜；測量單個分子以及納米結構受隧穿電子或光子激發引起的充放電過程；利用超快激光激發單個納米體系，研究激光脈沖對納米結構表面擴散的影響；設計制作原位透射電鏡掃描光學探針；開展納米材料光電性質機理研究；探索新型納米結構和器件的加工測量方法；低溫掃描近場光學顯微鏡的研制，著重于在低溫下壓電掃描特性；納米熱學定量表征技術研究；在低溫探針臺主機系統基礎上，根據多場耦合性質測量需求，增加磁場、電場的施加、檢測及控制部件，以及整體發展原子/分子尺度上的

32、化學識別技術。完成低溫超高真空系統的優化；實現金屬/超薄絕緣層/單分子納米體系的STM表征；完成單個分子以及納米結構受隧穿電子或光子激發引起的充放電過程的探索；完成單個納米體系光激發后在表面擴散規律的研究；實現原位透射電鏡材料微區/單根納米線的光學性質和光電轉換性質測試；演示光、機、電耦合和相互調制的實驗現象，揭示其微觀機理;實現一種基于新原理設計的非常規結構或器件的加工制作方法;獲得在低溫下掃描近場光學圖像，提高掃描的穩定性和可重復性;建立微區熱電物理參量定量表征技術，實現熱電材料微區熱導、微區塞貝克系數的原位定量表征、微結構的高分辨熱學顯微成像；獲得同時施加磁場、電場、溫度的探針裝置。研究

33、內容預期目標安裝調試。第年探測半導體和金屬氧化物材料表面原子吸附位的功函數信息和吸附勢壘分布，研究原子/分子在表面擴散過程。研究AFM探針與表面間的局域能量耗散特性，揭示原子在材料表面的摩擦和粘附機理;研究激光脈沖對單分子體系吸附構型及形貌變化的影響;研究激光脈沖對單分子體系表面化學鍵重構等的影響;測量隧穿電流誘導的單分子熒光光譜；發展單分子/納米結構激發態超快時間分辨技術;研制原位透射電鏡光機電三維掃描探針裝置;研究納米材料和納米結構的新奇光學性質與機理;探索基于新原理的換能器件；完善液氦溫區的掃描近場光學顯微鏡系統，開展光電聯合系統的研究；納米聲學定量表征技術顯微成像研究；利用磁電力多場耦

34、合測試系統來研究多鐵性材料中的多場耦合效應，重點研究力熱光電磁作用下多鐵材料的鐵電性和壓電研究半導體、氧化物的表面結構、缺陷、吸附物的電子態特性；完成激光脈沖引起的單分子體系吸附構型及形貌變化、化學鍵重構等規律的研究；實現隧穿電流誘導的單分子熒光光譜的測量；實現皮秒-納秒時間分辨、原子級空間分辨、及電子態能量分辨等多維度綜合測控技術;制作完成光機電光纖探針，實現納米材料光電性質與原子結構的對應關系表征，揭示納米新現象的機理；完成一種重要的新型換能器件的設計制備；實現高分辨、高通光量的光纖探針的制作及其金屬化，提高系統的響應能力；完善近場熒光系統，光的激發、接收、微弱信號的檢測、數字圖像處理；解決在較長時間內對微弱信號成像過程中圖像的漂移問題;建立納米材料微區彈性的原位定量表征技術，實現納米材料微區彈性的定量表征及亞表面微結構的高分辨聲研究內容預期目標性的變化規律。學顯微成像；獲得同時施加磁場、電場、溫度、光照、應力的探針裝置。第四年結合Af(z)譜和實時STM隧道電流測量，了解吸附原子/分子與半導體表面的電子態雜化和吸附機制，探索