合肥研究院提出下層原子散射表面電子掃描隧道顯微學證據

　　一直以來，人們對下層原子與表面電子態之間的關系缺乏認識，因而導致了一系列的爭議。近期，中國科學院強磁場科學中心陸輕鈾教授課題組提出了一種“集體干涉”理論模型，通過引入層間作用因子，能夠定量地揭示它們之間的關聯。相關研究以《下層原子散射表面電子的掃描隧道顯微學證據》（Scanning tunneling microscopy evidences for surface electron scattering by underlying atoms）為題，發表于最新一期《碳》（Carbon）雜志上。

　　借助自主研發的高質量超高真空掃描隧道顯微鏡，課題組首次觀測到石墨中原子分辨率的第二層刃型位錯（亞表面原子臺階），這一發現直觀地展現了表面電子態的分布隨著層間作用的變化而顯著改變這一現象。進一步的研究發現，通過對石墨樣品熱處理，在石墨晶界附近觀測到大量奇異的超結構（superstructure）。課題組提出了一種簡單明晰的“集體干涉”理論模型，能夠解釋這些現象：表面原子、下層原子以及這兩層中的缺陷均能散射表面電子，對電子態的分布均有貢獻，而下層的原子和缺陷通過改變表面散射勢的強度參與表面電子的散射。經過理論模擬，下層原子對電子態的影響可以通過層間作用因子進行定量分析。這一研究成果（尤其在原子尺度上）對理解層狀材料的層間相互作用的本質以及特定表面電子態的調制具有重要意義。

　　該研究工作受穩態強磁場實驗裝置組合顯微測試系統支持，受中央高校基本科研業務費專項資金、國家自然科學基金資助。

（a）石墨表面電子波的集體干涉模型，（b）表面層和下層的散射勢及其在表面層中的總散射勢，（c）-（e）以不同層間作用因子（見（f））模擬出的石墨STM圖像，這些圖像在石墨缺陷附近都被實際測量到了。

用STM在石墨上測得的原子分辨率的第二層刃型位錯（上排圖（a）-（e）），三段弧O圈超結構（下排圖（a））及其集體干涉模型的模擬結果（下排圖（b））。