量子圍欄

照片是掃描隧道顯微鏡下的48個Fe原子在Cu的表面排列成直徑為14.3nm的圓圈構成一個“量子圍欄”，照片中反映的是電子密度的高低，圍欄內是電子密度波的駐波。

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1993年5月,位於美國加州Almaden的IBM研究中心的M.F.Crommie等人,在4K温度下用電子束將0.005單層的鐵原子蒸發到清潔的Cu(111)表面,然後用掃描隧穿顯微鏡(STM)操縱這些鐵原子,將它們排成一個由48個原子組成的圓圈.圓圈的平均半徑為7.13 nm,相鄰鐵原子之間的平均距離0.95nm。因而估計每個鐵原子 都處在Cu(111 )表面的空心位,這樣一個原子圈的作用非同小可,雖然由分立原子組成而並不連續,卻能夠圍住圈內處於Cu表面的電子,從而引發出一系列引人人勝的結果.現在人們將這一鐵原子圈稱為“量子圍欄”。

貴金屬Cu、Ag、Au的電子結構有一個共同的特點,就是在(111 ) 表面存在表面電子態,其費米能量恰好位於體能帶結構沿Γ-L(沿111方向)的禁帶之中.因 此處於此表面態的電子既由於功函數的束縛不能逸入真空,又由於體能帶的限制而不能深入體內,便形成只能在平行於表面方向運動的二維電子氣,類似於調製摻雜的界面。這些表面態電子的運動會受到表面台階、吸附原子等各種不完整性的影響，表現為由於表面二維嚴格週期性勢場被破壞而使電子波收到散射。Crommie等發現Cu(111)表面吸附鐵原子對錶面態電子有很強的散射作用。假設表面只存在單個鐵原子，則入射的表面態電子波與從鐵原子散射的電子波之間的干涉會形成圍繞鐵原子的駐波，從而引起表面局域電子態密度的變化。