统，能够很好地避免上述问题。如果分子在实验过程中发生了移动，可以利用第二级定位机构，也就是第一压电陶瓷管，在原中心位置ΙΟμπι的范围内扫描，进而寻找到这一分子。由于分子没有足够的能量移动出几微米范围，因此该分子肯定在扫描范围内。并且，由于第一压电陶瓷管的分辨力可以达到团簇尺度范围，因此操作者可以根据扫描图得到的外貌轮廓来定位到该分子，然后再利用第二压电陶瓷管扫描研究该分子的细节信息。即便该分子再次发生移动，操作者也总能很快地重新追踪并捕捉到该分子。
[0064]应用场景3:样品表面特殊原子的排列
[0065]有时候需要利用针尖操控原子进行样品表面特殊原子的排列，比如构成圆形，线形或者方形等规则结构。假如在特定的原子覆盖度下，现有的具有原子分辨力的压电陶瓷扫描管的最大范围内通常给只能寻找到十个左右的原子。而所需排列的规则结构(例如圆形)需要的原子数目超过十个(例如二十个)。那很可能就需要反复地进行定位，以在样品表面寻找含有所需数目的原子的特殊区域。
[0066]而本实施例的三级定位系统中，如果在一个第三扫描范围内(精动扫描范围)内寻找到了十个原子，缺少另外十个原子。那么可以利用第二级定位机构(即第一压电陶瓷管)将针尖移动到该区域相邻的区域，然后利用针尖把相邻区域的原子提起后慢慢往该区域靠近，直至移动到该区域内部。这样就能够把原子聚集起来，形成所需的规则结构，进而产生新奇的特性。也就是说，当第二压电扫描平台第一次定位的区域内的原子数目不足时，可以方便地利用第一压电扫描平台将探针移动到相邻的区域，然后将相邻区域的原子移动至先前所定位的区域，从而使更多的原子聚集起来，获得所需的原子数目。
[0067]前文中结合不同的应用场景对本发明的单探针定位系统及其效果做了深入描述。需要说明的是，虽然上述实施例为单探针定位系统，但本发明不限于此，在替换的实施例中，定位系统也可以是双探针定位系统或者双探针以上的多探针定位系统，在这些定位系统中，每个探针均具有三级定位机构，即第一级定位机构、作为第二级定位机构的第一压电陶瓷管以及作为第三级定位机构的第二压电陶瓷管。这类双探针或多探针定位系统能够探测纳米结构的更多的特性。例如，使用双探针的定位系统能够测量纳米结构的电学输运性质。图3示出了一个实施例的基于双探针的定位系统，对纳米线的电学输运性质进行测量的过程的示意图。参考图3，首先利用第二压电陶瓷管把针尖移到纳米线的中间位置，然后轻轻伸长扫描管使得针尖轻轻接触到纳米线的表面形成电极，然后通过额外的电输运测量设备得到该纳米线的电输运性质，即1-V曲线。进一步地，根据实际需求，定位系统还可以进一步增加探针定位的级数，例如四级定位。
[0068]进一步地，本发明的基于扫描探针技术的定位系统中的探针I并不限于SPM探针，该探针I也可以是基于其它任何探测媒介的探针，例如光纤、电子束、磁场或者超声波探针等。并且，根据实际应用场景，可以在不同的实验阶段更换不同的探针。例如在另一个实施例中，使用光纤作为探针。这种定位系统适合用于对样品表面的发光纳米结构进行精确探测并精确收集发光信息进行分析。图4示出了该实施例中对样品表面的发光纳米结构进行精确探测并精确收集发光信息的过程的示意图，该过程如下:
[0069](I)首先，在定位系统上安装粗光纤作为探针，然后利用第一级定位机构靠近样品表面，并在样品表面进行扫描，直至发现样品表面的发光信号，此时将发光结构的位置锁定在粗光纤所对应的区域内。
[0070](2)接下来，将粗光纤换成细光纤，利用第二级定位机构(例如前文所述的第一压电陶瓷管)在锁定的区域内重复扫描过程，将发光结构的位置进一步锁定在细光纤所对应的区域内。
[0071](3)最后，将细光纤替换成分辨力达到几个纳米的光纤探针，然后用第三级定位机构(例如前文所述的第二压电陶瓷管)对锁定的区域进行扫描，采集发光强度信息。由于光纤探针的分辨率极高，因此能够获得纳米发光结构的外形(例如“十字”外形)等细节信息。
[0072]本发明中，第一安装面、第二安装面以及探针的朝向可以根据需要设置。图5示出了本发明中具有不同探针朝向的另外两种类型的定位系统的示意图。
[0073]另外，上述实施例中，各级定位机构采用的均是基于三维直角坐标系的三维移动方式，在本发明的其它实施例中，各级定位机构也可以采用基于其它坐标系(例如球坐标系，或者柱坐标系)的三维移动方式，它们可以适用于一些特殊的应用场景。
[0074]最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其它的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。
【主权项】
1.一种基于扫描探针技术的定位系统，包括: 可以在第一扫描范围内三维自由移动的第一基体； 安装在所述第一基体上的第一压电陶瓷装置，该第一压电陶瓷装置连接电驱动模块并提供一个第一安装面，该第一安装面能够在电驱动模块的作用下，在第二扫描范围内相对于所述第一基体做三维自由移动； 安装在所述第一安装面上的第二压电陶瓷装置，该第二压电陶瓷装置也连接电驱动模块并提供一个第二安装面，该第二安装面能够在电驱动模块的作用下，在第三扫描范围内相对于所述第一安装面做三维自由移动；以及 固定在所述第二安装面上的探针； 所述第二扫描范围的量级界于所述第一扫描范围和所述第三扫描范围之间，所述第一压电陶瓷装置的定位精度量级界于第一级定位机构和第二压电陶瓷装置的定位精度量级之间。2.根据权利要求1所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述第一基体由第一级定位机构驱动，所述第一级定位机构是机械定位机构，所述第一基体是一个刚性基体。3.根据权利要求1所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述第一或第二压电陶瓷装置是压电陶瓷管、三脚架型压电扫描装置、十字架配合单管型压电扫描装置或者堆栈型压电扫描装置。4.根据权利要求1所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述第一扫描范围是毫米量级至厘米量级的扫描范围，所述第一级定位机构的定位精度为微米或亚微米尺度。5.根据权利要求4所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述第二扫描范围在微米尺度，所述第一压电陶瓷装置的定位精度达到团簇尺度。6.根据权利要求5所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述第三扫描范围在亚微米尺度，所述第二压电陶瓷装置的定位精度达亚原子或埃的量级。7.根据权利要求1所述的基于扫描探针技术的定位系统，其特征在于，所述探针为SPM探针或者光纤探针。8.—种利用权利要求1?7中任意一项所述的基于扫描探针技术的定位系统的使用方法，其特征在于，包括下列步骤: 1)利用第一级定位机构驱动第一基体，使探针移动到所关注纳米结构附近； 2)利用第二级定位机构在第二扫描范围内对样品表面进行压电扫描，根据所关注纳米结构的外貌轮廓将探针对准所述所关注纳米结构； 3)利用第三级定位机构在第三扫描范围内对样品表面进行压电扫描，对所述所关注纳米结构的细节信息进行探测。9.一种利用权利要求1?7中任意一项所述的基于扫描探针技术的定位系统的使用方法，其特征在于，包括下列步骤: 1)在所述定位系统安装第一光纤并将其作为所述探针，利用第一级定位机构驱动第一基体，探测样品表面的发光区域； 2)将所述第一光纤替换为第二光纤，所述第二光纤接收光信号的截面面积小于所述第一光纤，利用第二级定位机构在步骤I)所得发光区域内对样品表面进行压电扫描，将发光结构锁定在对应于所述第二光纤的区域内； 3)将所述第二光纤替换为光纤探针，利用第三级定位机构在步骤2)所得到的对应于所述第二光纤的区域内对样品表面进行压电扫描，得到所述发光结构的细节信息。10.—种利用权利要求9所述的基于扫描探针技术的定位系统的使用方法，其特征在于，所述发光结构的细节信息包括所述发光结构的形状。
【专利摘要】本发明提供一种基于扫描探针技术的定位系统，包括：可以在第一扫描范围内三维自由移动的第一基体；安装在所述第一基体上的具有第一安装面的第一压电陶瓷装置，该第一安装面能够在第二扫描范围内相对于所述第一基体做三维自由移动；安装在所述第一安装面上的具有第二安装面的第二压电陶瓷装置，该第二安装面能够在第三扫描范围内相对于所述第一安装面做三维自由移动；以及固定在所述第二安装面上的探针；所述第二扫描范围的量级界于所述第一扫描范围和所述第三扫描范围之间，所述第一压电陶瓷装置的定位精度量级界于第一级定位机构和第二压电陶瓷装置的定位精度量级之间。本发明能够快速地定位所关注纳米结构；能够对纳米结构的移动进行跟踪。
【IPC分类】G01Q10/00
【公开号】CN105467159
【申请号】CN201511006140
【发明人】马瑞松, 郇庆, 鲍丽宏, 高鸿钧
【申请人】中国科学院物理研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月29日