統(tǒng)，能夠很好地避免上述問題。如果分子在實驗過程中發(fā)生了移動，可以利用第二級定位機構(gòu)，也就是第一壓電陶瓷管，在原中心位置ΙΟμπι的范圍內(nèi)掃描，進而尋找到這一分子。由于分子沒有足夠的能量移動出幾微米范圍，因此該分子肯定在掃描范圍內(nèi)。并且，由于第一壓電陶瓷管的分辨力可以達到團簇尺度范圍，因此操作者可以根據(jù)掃描圖得到的外貌輪廓來定位到該分子，然后再利用第二壓電陶瓷管掃描研究該分子的細節(jié)信息。即便該分子再次發(fā)生移動，操作者也總能很快地重新追蹤并捕捉到該分子。
[0064]應(yīng)用場景3:樣品表面特殊原子的排列
[0065]有時候需要利用針尖操控原子進行樣品表面特殊原子的排列，比如構(gòu)成圓形，線形或者方形等規(guī)則結(jié)構(gòu)。假如在特定的原子覆蓋度下，現(xiàn)有的具有原子分辨力的壓電陶瓷掃描管的最大范圍內(nèi)通常給只能尋找到十個左右的原子。而所需排列的規(guī)則結(jié)構(gòu)(例如圓形)需要的原子數(shù)目超過十個(例如二十個)。那很可能就需要反復(fù)地進行定位，以在樣品表面尋找含有所需數(shù)目的原子的特殊區(qū)域。
[0066]而本實施例的三級定位系統(tǒng)中，如果在一個第三掃描范圍內(nèi)(精動掃描范圍)內(nèi)尋找到了十個原子，缺少另外十個原子。那么可以利用第二級定位機構(gòu)(即第一壓電陶瓷管)將針尖移動到該區(qū)域相鄰的區(qū)域，然后利用針尖把相鄰區(qū)域的原子提起后慢慢往該區(qū)域靠近，直至移動到該區(qū)域內(nèi)部。這樣就能夠把原子聚集起來，形成所需的規(guī)則結(jié)構(gòu)，進而產(chǎn)生新奇的特性。也就是說，當(dāng)?shù)诙弘姃呙杵脚_第一次定位的區(qū)域內(nèi)的原子數(shù)目不足時，可以方便地利用第一壓電掃描平臺將探針移動到相鄰的區(qū)域，然后將相鄰區(qū)域的原子移動至先前所定位的區(qū)域，從而使更多的原子聚集起來，獲得所需的原子數(shù)目。
[0067]前文中結(jié)合不同的應(yīng)用場景對本發(fā)明的單探針定位系統(tǒng)及其效果做了深入描述。需要說明的是，雖然上述實施例為單探針定位系統(tǒng)，但本發(fā)明不限于此，在替換的實施例中，定位系統(tǒng)也可以是雙探針定位系統(tǒng)或者雙探針以上的多探針定位系統(tǒng)，在這些定位系統(tǒng)中，每個探針均具有三級定位機構(gòu)，即第一級定位機構(gòu)、作為第二級定位機構(gòu)的第一壓電陶瓷管以及作為第三級定位機構(gòu)的第二壓電陶瓷管。這類雙探針或多探針定位系統(tǒng)能夠探測納米結(jié)構(gòu)的更多的特性。例如，使用雙探針的定位系統(tǒng)能夠測量納米結(jié)構(gòu)的電學(xué)輸運性質(zhì)。圖3示出了一個實施例的基于雙探針的定位系統(tǒng)，對納米線的電學(xué)輸運性質(zhì)進行測量的過程的示意圖。參考圖3，首先利用第二壓電陶瓷管把針尖移到納米線的中間位置，然后輕輕伸長掃描管使得針尖輕輕接觸到納米線的表面形成電極，然后通過額外的電輸運測量設(shè)備得到該納米線的電輸運性質(zhì)，即1-V曲線。進一步地，根據(jù)實際需求，定位系統(tǒng)還可以進一步增加探針定位的級數(shù)，例如四級定位。
[0068]進一步地，本發(fā)明的基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)中的探針I(yè)并不限于SPM探針，該探針I(yè)也可以是基于其它任何探測媒介的探針，例如光纖、電子束、磁場或者超聲波探針等。并且，根據(jù)實際應(yīng)用場景，可以在不同的實驗階段更換不同的探針。例如在另一個實施例中，使用光纖作為探針。這種定位系統(tǒng)適合用于對樣品表面的發(fā)光納米結(jié)構(gòu)進行精確探測并精確收集發(fā)光信息進行分析。圖4示出了該實施例中對樣品表面的發(fā)光納米結(jié)構(gòu)進行精確探測并精確收集發(fā)光信息的過程的示意圖，該過程如下:
[0069](I)首先，在定位系統(tǒng)上安裝粗光纖作為探針，然后利用第一級定位機構(gòu)靠近樣品表面，并在樣品表面進行掃描，直至發(fā)現(xiàn)樣品表面的發(fā)光信號，此時將發(fā)光結(jié)構(gòu)的位置鎖定在粗光纖所對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)。
[0070](2)接下來，將粗光纖換成細光纖，利用第二級定位機構(gòu)(例如前文所述的第一壓電陶瓷管)在鎖定的區(qū)域內(nèi)重復(fù)掃描過程，將發(fā)光結(jié)構(gòu)的位置進一步鎖定在細光纖所對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)。
[0071](3)最后，將細光纖替換成分辨力達到幾個納米的光纖探針，然后用第三級定位機構(gòu)(例如前文所述的第二壓電陶瓷管)對鎖定的區(qū)域進行掃描，采集發(fā)光強度信息。由于光纖探針的分辨率極高，因此能夠獲得納米發(fā)光結(jié)構(gòu)的外形(例如“十字”外形)等細節(jié)信息。
[0072]本發(fā)明中，第一安裝面、第二安裝面以及探針的朝向可以根據(jù)需要設(shè)置。圖5示出了本發(fā)明中具有不同探針朝向的另外兩種類型的定位系統(tǒng)的示意圖。
[0073]另外，上述實施例中，各級定位機構(gòu)采用的均是基于三維直角坐標系的三維移動方式，在本發(fā)明的其它實施例中，各級定位機構(gòu)也可以采用基于其它坐標系(例如球坐標系，或者柱坐標系)的三維移動方式，它們可以適用于一些特殊的應(yīng)用場景。
[0074]最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以描述本發(fā)明的技術(shù)方案而不是對本技術(shù)方法進行限制，本發(fā)明在應(yīng)用上可以延伸為其它的修改、變化、應(yīng)用和實施例，并且因此認為所有這樣的修改、變化、應(yīng)用、實施例都在本發(fā)明的精神和教導(dǎo)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)，包括: 可以在第一掃描范圍內(nèi)三維自由移動的第一基體； 安裝在所述第一基體上的第一壓電陶瓷裝置，該第一壓電陶瓷裝置連接電驅(qū)動模塊并提供一個第一安裝面，該第一安裝面能夠在電驅(qū)動模塊的作用下，在第二掃描范圍內(nèi)相對于所述第一基體做三維自由移動； 安裝在所述第一安裝面上的第二壓電陶瓷裝置，該第二壓電陶瓷裝置也連接電驅(qū)動模塊并提供一個第二安裝面，該第二安裝面能夠在電驅(qū)動模塊的作用下，在第三掃描范圍內(nèi)相對于所述第一安裝面做三維自由移動；以及 固定在所述第二安裝面上的探針； 所述第二掃描范圍的量級界于所述第一掃描范圍和所述第三掃描范圍之間，所述第一壓電陶瓷裝置的定位精度量級界于第一級定位機構(gòu)和第二壓電陶瓷裝置的定位精度量級之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第一基體由第一級定位機構(gòu)驅(qū)動，所述第一級定位機構(gòu)是機械定位機構(gòu)，所述第一基體是一個剛性基體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第一或第二壓電陶瓷裝置是壓電陶瓷管、三腳架型壓電掃描裝置、十字架配合單管型壓電掃描裝置或者堆棧型壓電掃描裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第一掃描范圍是毫米量級至厘米量級的掃描范圍，所述第一級定位機構(gòu)的定位精度為微米或亞微米尺度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第二掃描范圍在微米尺度，所述第一壓電陶瓷裝置的定位精度達到團簇尺度。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第三掃描范圍在亞微米尺度，所述第二壓電陶瓷裝置的定位精度達亞原子或埃的量級。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述探針為SPM探針或者光纖探針。8.—種利用權(quán)利要求1?7中任意一項所述的基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，包括下列步驟: 1)利用第一級定位機構(gòu)驅(qū)動第一基體，使探針移動到所關(guān)注納米結(jié)構(gòu)附近； 2)利用第二級定位機構(gòu)在第二掃描范圍內(nèi)對樣品表面進行壓電掃描，根據(jù)所關(guān)注納米結(jié)構(gòu)的外貌輪廓將探針對準所述所關(guān)注納米結(jié)構(gòu)； 3)利用第三級定位機構(gòu)在第三掃描范圍內(nèi)對樣品表面進行壓電掃描，對所述所關(guān)注納米結(jié)構(gòu)的細節(jié)信息進行探測。9.一種利用權(quán)利要求1?7中任意一項所述的基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，包括下列步驟: 1)在所述定位系統(tǒng)安裝第一光纖并將其作為所述探針，利用第一級定位機構(gòu)驅(qū)動第一基體，探測樣品表面的發(fā)光區(qū)域； 2)將所述第一光纖替換為第二光纖，所述第二光纖接收光信號的截面面積小于所述第一光纖，利用第二級定位機構(gòu)在步驟I)所得發(fā)光區(qū)域內(nèi)對樣品表面進行壓電掃描，將發(fā)光結(jié)構(gòu)鎖定在對應(yīng)于所述第二光纖的區(qū)域內(nèi)； 3)將所述第二光纖替換為光纖探針，利用第三級定位機構(gòu)在步驟2)所得到的對應(yīng)于所述第二光纖的區(qū)域內(nèi)對樣品表面進行壓電掃描，得到所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的細節(jié)信息。10.—種利用權(quán)利要求9所述的基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的細節(jié)信息包括所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的形狀。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于掃描探針技術(shù)的定位系統(tǒng)，包括：可以在第一掃描范圍內(nèi)三維自由移動的第一基體；安裝在所述第一基體上的具有第一安裝面的第一壓電陶瓷裝置，該第一安裝面能夠在第二掃描范圍內(nèi)相對于所述第一基體做三維自由移動；安裝在所述第一安裝面上的具有第二安裝面的第二壓電陶瓷裝置，該第二安裝面能夠在第三掃描范圍內(nèi)相對于所述第一安裝面做三維自由移動；以及固定在所述第二安裝面上的探針；所述第二掃描范圍的量級界于所述第一掃描范圍和所述第三掃描范圍之間，所述第一壓電陶瓷裝置的定位精度量級界于第一級定位機構(gòu)和第二壓電陶瓷裝置的定位精度量級之間。本發(fā)明能夠快速地定位所關(guān)注納米結(jié)構(gòu)；能夠?qū){米結(jié)構(gòu)的移動進行跟蹤。
【IPC分類】G01Q10/00
【公開號】CN105467159
【申請?zhí)枴緾N201511006140
【發(fā)明人】馬瑞松, 郇慶, 鮑麗宏, 高鴻鈞
【申請人】中國科學(xué)院物理研究所
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月29日