TEM

我們實驗室正計劃將現今解析能力最強之顯微術包含超高真空穿透式電子顯微鏡(UHV-TEM, Jeol 2000V)與掃描式穿隧顯微鏡(STM, homemade)的功能結合在一起。 主要架構是將掃描式穿隧顯微鏡將如圖所示安裝於穿透式電子顯微鏡原來樣品台的位置。 我們將此設備稱為”STM@UHV-TEM“。 此種整合的顯微術主要將可用來進行 in-situ 的各種實驗，例如奈米尺度下物體的操控、電性量測或研究交互作用並可直接觀察結構或組成的變化。 簡單來說， 在這個架構下 STM 的探針即可當成一類似可奈米操控的手，而 TEM 即當成一個可即時觀測的眼睛隨時觀看著 STM 的探針。  而 STM 的探針亦可進行正式STM 的工作或是當成電極用來量測特定位置的性質。 此外我們在 UHV-TEM 上還裝置二個蒸鍍源，可直接蒸鍍特定金屬於樣品上並即時觀察。

FIM

場離子顯微儀必須利用極高的電場將吸附在試片表面的成像氣體分子陽離子化，使帶電的氣體離子能受電場加速，撞擊約十公分遠的螢光屏進而產生影像。所以在螢光屏上一個個的亮點正正反映出試片表面一顆一顆的原子結構。當然原子影像太小，這也是為何我們必須藉由增加離子飛行距離至約十公分，使原子影像大小能放大至肉眼可見的地步（∼mm）。本圖則是目前本實驗室由鄭天佐院士所自行設計組裝的場離子顯微儀，雖然其構造複雜許多，但其基本原理並無二致。

AFM/NSOM 顯微儀系統

此儀器結合了商用型之原子力顯微儀(AFM)及音叉距離迴饋方式之近場光學顯微儀(SNOM)，目前此系統已應用於生物樣品作用力及表面形貌的檢測，預期未來將結合光譜儀，應用於各種奈米發光材料的光譜研究

STM - 低溫 4.2 K STM

STM是研究奈米科學非常重要的工具之一，而自從1980年代STM發明以來其技術也在不斷地進步，低溫及強磁場是目前STM發展的主流，因此發展低溫強磁場STM成為刻不容緩的工作。此儀器乃是目前國內第一台自行設計建造之超高真空全冷式低溫4.2K STM，其構造主要包含

1. 超高真空系統;
2. 4.2K致冷器;
3. 低溫STM;
4. 樣品清潔及蒸鍍系統;
5. STM電腦控制系統。

目前儀器已架設完畢，在灌滿12升液氦後可在4.2K的溫度下連續工作120小時左右，附圖為STM在Cu(111)以及Au(111)表面所取得之表面駐波(Standing wave)影像。

STM - 可變溫 STM

目前在正在進行的實驗主要都是與奈米科學相關的研究。其中一項就是探討二維系統的表面相變化，例如鉛在矽（111）。這一個系統有一個非常特殊的特性，那就是只有一個原子層高度且覆蓋一層鉛的矽島，其島嶼的大小可以用熱處理的溫度以及時間得到很好的控制。這一點可以讓我們在研究相變溫度以及島嶼大小的關係時，有個較定量上的統計價值。我們發現隨著矽島大小的縮小，其相變溫度也隨著降低。此外我們也用兩個理論上的曲線來與我們的數據作比較，以期能全貌地解釋我們所發現的二維尺寸效應。

我們也探討在覆蓋一層鉛原子的矽（111）表面上，因吸附氫原子而導致附近鉛原子重新排列的研究。我們發現在氫原子吸附周圍形成了一種似環狀的六角形圖案，更有趣的是在這些吸附位置之間還有形成另一種似干涉的超結構。我們推測會這些有趣的現象主要是因為表面吸附氫原子所造成的微擾，導致附近電子與原子之間複雜的交互作用所形成的。

在本實驗室的努力之下，部分上述的實驗結果已經發表在著名的國際期刊上*。我們相信，這些令人驚奇的實驗成果不但能給我們在固態物理方面有更深入的瞭解，而且期望能對於未來的應用有所貢獻。

*Ing-Shouh Hwang, Shih-Hsin Chang, Chung-Kai Fang, Lih-Juann Chen, and Tien T. Tsong, Phys. Rev. Lett. 93, 106101 (2004); Surf. Sci. 572, L331 (2004); Phys. Rev. Lett. 94, 045505 (2005).

STM - LTHSTM

正在架構的為一台低溫強磁場超高真空掃瞄穿遂式電子顯微鏡（LT-HM-UHV-STM），利用液態氦降低溫可達300 mK，並可外加磁場最大7 Tesla，架構完成可利用STM量測在高磁場下電子自旋的特徵表現。這是一個利用STM從量測原子、電子特性之後，進而量測自旋特性的一個大突破。
此儀器其主要架構如下：

• 氦三溫控及超導磁鐵控制系統(可達0.3K，7 Tesla)
• RHK SPM100 控制器
• Home-made STM
• 超高真空系統
• 光學桌＋Newport 主動式避震