Scanning Probe Microscopies Beyond Imaging pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Samori, Paolo 编

出品人:

页数:570

译者:

出版时间:

价格:$ 239.00

装帧:HRD

isbn号码:9783527312696

丛书系列:

图书标签:

• 材料学
• Scanning Probe Microscopy
• SPM
• AFM
• STM
• NSM
• Nanotechnology
• Surface Science
• Materials Science
• Nanoscience
• Microscopy

图书简介：《超越成像的扫描探针显微镜》 聚焦前沿：从基础原理到新兴应用的全景式解析 本书深入探讨了扫描探针显微镜（SPM）领域最前沿、最具颠覆性的发展方向，旨在为科研人员、工程师及高年级学生提供一个全面、深入且聚焦于“超越成像”核心概念的专业指南。我们并非简单罗列SPM技术的改进，而是聚焦于如何利用这些工具实现对物质世界更深层次的物理、化学和生物学信息的获取与操控，将SPM从单纯的形貌观察工具，提升至功能探测与纳米尺度制造的核心平台。 第一部分：理论基础的深化与新范式的确立 本部分首先对SPM的基本成像原理进行了批判性回顾，重点在于剖析现有模型在极端条件（如高真空、液相、高温或高场强）下存在的局限性。我们不再满足于简单的拓扑映射，而是将焦点置于定量化测量的理论构建上。 力学量化分析的突破： 详细阐述了如何从非线性、高频调制的力曲线中提取精确的范德华力、静电力、磁力等相互作用参数。引入了基于机器学习的力场反演模型，用于实时解耦复杂的表面势能景观。 热学与输运特性的精细调控： 深入探讨了热场扫描隧道显微镜（Scanning Thermal Microscopy, SThM）和激光加热SPM在纳米热流密度测量中的新进展。重点分析了如何克服热惯性、探针尖端热容和环境热耦合等关键误差源，实现皮开方米级别热导率的测量。 电学成像的“超越”： 区别于传统的导电原子力显微镜（C-AFM）和开尔文探针力显微镜（KPFM），本章着重介绍基于瞬态响应和频域分析的电学技术。例如，如何利用脉冲激发下的电荷扩散和陷阱态俘获时间，来揭示半导体异质结内部的电荷动力学，而非仅仅是静电势分布。 第二部分：功能化探针的设计与集成——实现信息获取的革命 SPM的未来在于探针本身。本部分将内容聚焦于探针尖端工程学，即如何通过精确控制探针的几何形状、材料成分和功能化涂层，以实现特定物理或化学过程的灵敏探测。 光学-机械耦合探针系统： 详细介绍了共振增强型光力探针的设计与制造，这些探针的机械振动模式与外部激光场精确耦合，极大地提高了探测灵敏度，尤其是在高频振动光谱学中的应用。讨论了如何利用探针尖端作为局域等离子体激元（Plasmon）的微腔，用于增强拉曼散射信号（Tip-Enhanced Raman Spectroscopy, TERS）的机理和实际操作中的多模耦合问题。 化学特异性与生物相容性探针： 探讨了基于分子印迹聚合物（MIPs）和DNA适配体（Aptamer）功能化的探针，如何实现对特定生物标志物（如单个蛋白质分子或微量代谢物）的识别和定量。重点分析了在活细胞环境中保持探针稳定性和功能性的工程挑战。 磁性与自旋探测的纳米化： 介绍了基于金刚石氮-空位（NV）色心的磁力显微镜（NSOM/ODMR）探针。深入分析了如何将NV色心的量子相干时间（T2）与局域磁场噪声谱相关联，从而实现飞秒时间分辨的磁场测量。 第三部分：从探测到操纵——纳米尺度制造与信息写入 本书的第三部分是“超越成像”理念的核心体现：将SPM作为一种高精度、多模式的纳米级工具，用于主动构建和修改物质结构。 原子级和分子级组装的动态控制： 详述了扫描隧道激发化学（STEC）和场诱导分子迁移的物理化学机制。重点分析了如何利用精确控制的偏压脉冲和扫描速度，实现对单分子键的断裂与形成，并成功构筑出具有预设拓扑结构的二维分子晶体。 超快写入与信息存储： 探讨了利用SPM实现非易失性存储器的原理。这包括利用局部电场诱导的铁电畴反转，以及通过高能电子束引发的氧化物薄膜相变。强调了如何通过优化脉冲参数，实现高密度、低能耗的写入操作。 活体系统中的原位干预： 讨论了在液体或半液体环境中，利用聚焦的机械力或局部电化学势，对细胞膜受体进行靶向激活或失活的技术。这涉及到生物力学与电化学的跨学科交叉，以及如何确保操作的生物正交性。 第四部分：数据处理与人工智能的融合 在获取海量高维SPM数据（包括力-距离曲线、频率调制数据、光谱数据等）的时代，如何从数据中提取可靠的、超越直觉的物理信息是关键。 高维数据降维与特征提取： 介绍了拓扑数据分析（TDA）和自动编码器（Autoencoders）在SPM数据处理中的应用，用于识别隐藏在背景噪声中的微弱信号模式，尤其是在复杂生物样本成像中。 实时反馈与自适应控制： 阐述了强化学习（RL）算法如何被集成到SPM的扫描引擎中，以实现自适应扫描策略。例如，系统能够自主识别出感兴趣的异常区域，并自动调整扫描模式、反馈增益或施加的外部激励，以最大限度地获取该区域的信息，无需操作员的持续干预。 本书结构严谨，内容前沿，旨在突破传统SPM研究的边界，为读者提供理解和应用下一代扫描探针技术所需的理论深度和工程实践知识。它不仅是对现有技术的总结，更是对未来纳米科学研究范式的深刻展望。

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