STM测试资源不好找？模拟也能得到，同样助力冲nature！

模拟STM这个教程算是MS官方CASTEP教程中的一个异类。在你看到这个教程之前，你怎么都不会想到，这个竟然也是能算（模拟）出来的？这都能单独做出一个功能集成到软件中？

今天我将带领大家一起实践一下这个模拟过程，顺便说说原理。

扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，缩写为STM），是一种利用量子隧穿效应（Quantum tunnelling effect）探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德·宾宁及海因里希·罗雷尔在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明，两位发明者因此与电子显微镜的发明者恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。

扫描隧道显微镜技术是扫描探针显微术的一种，基于对探针和表面之间的隧穿电流大小的探测，可以观察表面上单原子级别的起伏。此外，扫描隧道显微镜在低温下可以利用探针尖端精确操纵单个分子或原子，因此它不仅是重要的微纳尺度测量工具，又是颇具潜力的微纳加工工具。这里请注意以下STM和AFM之间的区别。同样是探针对原子级别的探测，一个是探测力一个是探测隧穿电流。

对于被固体吸附的分子体系，影响STM图特征的不仅是原子位置，还有其电子结构和偏压。模拟STM的方法很多，但是真正流行的只有Tersoff-Hamann (TF)模型。目前CASTEP里面使用的就是该模型。

CASTEP通过模拟电子密度等值面来模拟STM图像的。而该等位面仅由远离费米能级处于一定能量的态产生。与费米能级的距离对应于实际STM实验中施加的偏差。正偏压对应于空（导）状态的成像，而负偏压则产生占据（价）状态的图像。这种方法忽略了STM尖端的实际几何形状，并利用Tersoff-Hamman近似进行隧道运输。

TF模型的表达式传递出的一个关键性信息是某个位置的I正比于此处的局部态密度（local density-of-states, LDOS），故实际在用TF模型模拟STM时其实就是等价于计算和绘制LDOS，而对于I的绝对大小并不关心。

阅读本教程需要您提前有过 至少一次Materials Visualizer模型搭建经验 和 至少一次CASTEP计算经验。

此处我们默认你已经有了一个经过了几何优化的结构并命名为STMorg.xsd

如果不知道这个怎么操作的，请回头查看【计算教程003期】在Pd(110)表面CO的吸附计算（上） 和 【计算教程004期】在Pd(110)表面CO的吸附计算（下） 学习如何搭建模型并进行优化操作。（可点击下方蓝字直接跳转）

打开Modules | CASTEP | Calculation对话框

将Task改为Energy。选择Properties选项卡，选择Orbitals。

绘制STM只需要Orbitals数据，所以你可以取消勾选其它的属性。

然后点击Run按钮。

当job结束时，从菜单栏选择File | Save Project。

然后接下来的还是视频说吧

有几点需要提示：

1.当你导入不止一组STM数据时候，Volumetric Selection会出现不止一个体数据，在新建切面时候也会出现选择具体哪个体数据的，注意别选错

2.我这里演示的是常高模式（constant height mode），距离是我随便摆放的，如果需要准确定位，那么可以通过调整slice position来更加准确作图

3.每次调整过切片位置后，一定要重新Color maps里面重新填色。

为了让图和实验的谱图颜色对应

From调整为SliceMappedMin

To调整为SliceMappedMax

Spectrum设置为Black-White

为了让图更细腻

Bands设置为 128

4.为了做出STM和原子球同框的效果，可以先做出STM图，然后再到Display style的lattice选项卡 中调整A和B的range max

参考文献：

1.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%89%AB%E6%8F%8F%E9%9A%A7%E9%81%93%E6%98%BE%E5%BE%AE%E9%95%9C

2.Tersoff, J.; Hamman, D. R. "Theory of the scanning tunneling microscope", Phys. Rev. B, 31, 805-813 (1985).

3.https://www.tcm.phy.cam.ac.uk/castep/documentation/WebHelp/content/tutorials/casteptutorial/castep_stm_tut.htm 

4.http://sobereva.com/549

如果需要委托我们进行STM图像模拟，可以联系小唯老师哦

小唯老师：17812574221（同微信）

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