围栏|囚禁于纳米围栏中的量子纳米|囚禁|量子|cu|fe

量子围栏
尘世缤纷设槛栏
春风无处育清寒
蜃楼量子流波影
应是微观作喜欢
1.引子
曾几何时，当科学技术发展到一定程度，或一位科学家修为到了一定高度，就会开始谈论科学之美。杨振宁先生就经常引用“秋水文章不染尘”一句来描述学问之美，其中味道，读者可去清代篆刻家、书法家邓石如先生在其书房自题楹联：“春风大雅能容物，秋水文章不染尘”那里体会。杨先生是大师，他对科学结构美的鉴赏当然有深度和厚度。我们大多数人，对科学之美的欣赏则主要来自视觉感受：一幅物理图像、一列物理公式，再加上对称、简洁这些元素，便可将科学之美提升到与诸多艺术之美比肩的高度。这是一些科学人嫁接自然与艺术的手法，屡试不爽。
科学的视觉之美已经沁入学者的骨髓，因此常能够引起同行的共鸣与惊叹。话说大约1990年代，当时风头正劲的IBM公司在加州Almaden运行有一个研究中心，颇负盛名。该中心1993年发布过一张实验图片，如图1(a)所示。图片的视觉瞬时引起巨大轰动，其后亦经久不衰，现在好像已经成为量子物理学的知名印象作品之一。

文章图片
图1.量子围栏(quantum corrals)的STM图像。图片(a)中，样品是高度洁净和原子级平整的Cu (111)表面，表面上有一个圆圈形围栏，乃由48个Fe原子组成。圆圈平均半径为7.13 nm，相邻Fe原子之间平均距离0.95 nm。红色箭头所指乃一个孤立的Fe原子位置，黄色箭头所指乃围栏内形成的“波动干涉”般花样。图片(b)乃量子围栏的另外一个例子。
https://www.nisenet.org/catalog/scientific-image-quantum-corral-top-view
https://www.pinterest.com/dbridg66/the-quantum-realm/
众所周知，1980年代发展起来的扫描隧道显微术(scanning tunneling microscopy, STM)是微结构与电子结构探测技术的一个里程碑。这幅图片描述的是该中心研究人员M. F. Crommie等人的一项实验观测结果。这里的样品是高度洁净而有序的金属Cu单晶(111)表面，呈现清晰的密堆排列。STM技术具有在表面操纵单个原子移动的功能。此时，在这一表面沉积上零散的Fe原子，然后用STM针尖将这些Fe原子一个一个移动到某一个区域形成一个圆形或者其它形状的围栏。至此，样品制备即告完成。
接下来即可开始对这个样品表面进行测量。保持针尖和样品之间有一个较低的偏压(用于防止扫描时针尖导致的原子运动)，扫描针尖探测到样品表面的形貌(图1(a))或微分电导之空间分布，从而反映出样品表面的费米面处电子态密度(微分电导正比于样品表面处的态密度) 之空间分布形态。
这一图片在笔者 (及类似的外行物理人)看来，有如下几处奇妙特征和迷惑之处：