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光子扫描隧道显微镜成像的数值模拟的开题报告

概述：

光子扫描隧道显微镜（PhotonScanningTunnelingMicroscope，PSTM）是目前

最先进的非接触式表面成像技术之一，可以实现纳米级别的表面成像和表面分析，广

泛应用于物理、化学、材料、生物等领域。在PSTM技术中，探针和样品之间存在微

小的隧道电流，通过对隧道电流的测量和分析，可以获取样品表面的成像信息。

本次毕业设计旨在利用数值模拟方法研究光子扫描隧道显微镜成像的物理过程，

通过对PSTM成像机制的深入理解，为其应用提供一定的理论基础。

研究内容：

1.基础理论：介绍PSTM的工作原理、成像原理和隧道效应的数学模型。

2.数值模拟模型：建立PSTM的数值模拟模型，包括探针和样品的几何形状、材

料特性和电学参数等，以及隧道电流的数学模型和算法。

3.计算方法研究：选择合适的计算方法和工具，进行PSTM数值模拟的计算和仿

真。

4.成像结果分析：根据数值模拟结果，分析和比较不同情况下的表面成像效果，

探讨PSTM成像机理的物理本质。

研究意义：

1.细致地理解光子扫描隧道显微镜的工作原理和成像原理，并通过数值模拟的方

法深入探究此机理的实现过程。

2.对PSTM技术进行优化和改进，提高其成像性能和实用性，进一步应用于各个

领域。

3.提供了一种可行的数值模拟方法，可用于对其他成像技术的理论研究和实际应

用过程中的模拟计算。

计划安排：

第一阶段（1~2周）：

1.深入了解光子扫描隧道显微镜的原理和成像技术；

2.对PSTM的隧道效应数学模型进行研究和分析。

第二阶段（2~4周）：

1.建立基于计算机的PSTM数值模拟模型；

2.尝试采用不同的数值计算方法进行计算和模拟。

第三阶段（4~6周）：

1.根据模拟结果分析PSTM成像的机理和特点，探讨影响成像效果的因素；

2.尝试对模拟模型进行改进和优化。

第四阶段（6~8周）：

1.实现数值模拟计算的可视化效果，比较和分析不同情况下的成像结果；

2.撰写论文并进行总结。

参考文献：

1.Yuan,K.,Wang,A.,Li,N.(2019).Areviewofthetheoryandsimulationof

scanningtunnelingmicroscopy.AppliedPhysicsReviews,6(4),041312.

2.Liu,Y.,Gao,Z.,Zhu,Y.(2020).Numericalsimulationassistedwithpump-

probemeasurementforscanningtunnelingmicroscopy.Ultramicroscopy,211,

112941.

3.Ye,X.,Dong,Z.,Luo,T.(2021).Imagingmechanismofaphoton

scanningtunnelingmicroscopewithsubnanometerresolution.ScientificReports,

11(1),1-11.