中小尺寸团簇几何结构和电子特性的高分辨扫描探针显微成像与测量

The geometry of a cluster determines its chemical bonding and electronic properties. In order to obtain the structure information, it is prerequisite to develop techniques that can probe individual clusters at the atomic scale. However, the existing techniques such as photoelectron spectroscopy and high-resolution scanning electron transmission microscopy still have difficulties to probe the atomic structure of, in particular, the small and intermediate-size clusters...Here, we propose to use low-temperature ultra-high-vacuum scanning probe microscopy based techniques, which can image the supported clusters with high resolution in both space and energy. We will first deposit mass-selected clusters onto surfaces in ultra-high vacuum. And then atomic resolution will be realized on supported clusters using functionalized SPM tips. We will investigate the atomic structure, electronic properties, and repening behaviors of supported clusters in real space.

团簇的几何结构决定了其化学键结构和电子结构的性质，确定其基态结构是团簇研究的首要任务。因此，发展针对团簇的高分辨表征方法和技术，在原子水平上研究团簇性质至关重要。然而，目前对于中小尺寸团簇，光谱技术还无法实现高空间分辨率；而高分辨透射电镜技术虽然可以实现原子分辨，但由于其高能电子束的辐照会破坏团簇的固有结构，从而导致很难测得团簇原本的基态原子结构。. 本项目提出开展基于低温超高真空扫描探针显微（SPM）技术的团簇高分辨成像研究。SPM具有高空间分辨率和高能量分辨率，且对团簇几乎没有扰动，能够在实空间中直接观测团簇的几何结构及电子结构。在高真空环境中，我们将通过团簇束源技术将单一尺寸的团簇沉积到表面上，利用原子或分子修饰的SPM探针，实现对团簇的原子分辨率成像，实空间中直接观测团簇本征的结构和电子特性。在此基础上，通过对表面上团簇成核机制的研究，揭示影响团簇成核生长的因素。

团簇的几何结构决定了其化学键结构和电子结构的性质，确定其基态结构是团簇研究的首要任务。因此，发展针对团簇的高分辨表征方法和技术，在原子水平上研究团簇性质至关重要。然而，目前对于中小尺寸团簇，光谱技术还无法实现高空间分辨率；而高分辨透射电镜技术虽然可以实现原子分辨，但由于其高能电子束的辐照会破坏团簇的固有结构，从而导致很难测得团簇原本的基态原子结构。. 本项目实现了对团簇的原子分辨率成像，在实空间中直接观测团簇本征的结构和电子特性，主要研究了少原子过渡金属团簇的自旋激发性质随原子数的演化，并揭示了团簇体系中的电荷重整化效应；研究了管状结构的镧系金属原子掺杂硼团簇的磁各项异性。本项目的研究为解决本次重大研究计划提出的核心科学问题中的“（二）团簇电子结构的规律：团簇结构随团簇尺寸的演变规律、团簇的“幻数”性、团簇的构效关系”提供了重要的研究手段与方案。