电子自旋共振扫描隧道显微镜机理探索

本项研究着眼于电子自旋共振扫描隧道显微镜（ESR-STM）机理的探索。具体研究内容包括：（１）设计并制作电子自旋共振扫描探针系统及电子自旋共振信号探测装置，研制超高真空低温电子自旋共振扫描隧道显微镜（ESR-STM）。（2）发展射频波段隧穿电流的探测手段，通过测量单个电子自旋共振信号，实现对表面单个自旋结构的空间分辨和实时探测。（3）研究温度，磁场强度，及隧穿电流强度对电子自旋共振信号的影响。（4）制备电子自旋极化扫描探针，研究极化电子对电子自旋共振信号的影响，探索电子自旋共振扫描隧道显微镜的工作机理。（5）通过高能量分辨和自旋分辨的隧穿电流微分谱及二维谱图，结合原子/分子操纵，实现在原子尺度上对单个自旋结构的自旋分辨及自旋态成像。本项研究对于实现自旋量子态的测控，理解自旋动力学过程，发展自旋电子学，及自旋纳米器件的应用等方面具有重要意义。

电子自旋将是未来信息学的重要基础之一，但是如何在单分子单原子尺度上实现对单个电子自旋的测量、控制、及其相干性调控，目前仍然是一个极大的挑战。电子自旋共振扫描隧道显微镜是研究自旋量子态相干/退相干性质的新型实验设备，不仅可以实现单个自旋结构的原子级空间分辨,，还可以实现单个自旋量子态的原位操纵。本项目研究工作围绕电子自旋共振扫描隧道显微镜的设计和机理探索展开，设计并制造了电子自旋共振扫描隧道显微镜的关键部件；提出了新的利用自旋极化电流探测单个电子自旋共振信号的实验方案；从理论上探索了电子自旋共振扫描隧道显微镜的机理；并对电子自旋共振模型分子体系进行初步的STM研究。研究工作为准确理解自旋量子态的基本特性，特别是相干效应及退相干机制，提供了基础，为最终实现量子关联和量子纠缠提供了关键研究手段,对自旋信息学的发展也具有重要的意义。