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超快激光超高真空扫描探针显微镜系统研制取得进展

2019/1/10编辑Ma Liang 人气2390

导读作为研究低维材料和表面科学的重要工具扫描隧道显微镜STM及其相关各类扫描探针显微技术SPM的发明极大推动了纳米科技的发展

高精尖科学仪器的获得是基础前沿科学探索研究及新发现的最重要因素之一过去一些年里我国在超高真空-分子束外延及其相关装备的研制方面与发达国家存在着巨大差距成为我国相关领域科学研究应用开发水平重大原创性科研成果产生的重要瓶颈?#32479;?#32920;

作为研究低维材料和表面科学的重要工具扫描隧道显微镜STM及其相关各类扫描探针显微技术SPM的发明极大推动了纳米科技的发展?#27426;?#20316;为复杂的综合性系统该类设备涉及超高真空低温极低振动精密机械加工精密电子学探测和控制等诸多技术领域我国SPM设备长期以来主要依靠从发达国家进口
 
中国科学院物理研究所高鸿钧研究组N04组多年来一直致力于扫描探针显微学及其在低维量子结构方面应用的研究取得了一系列重要成果同时也在相关高精尖仪器自主研制方面?#27426;?#31215;累奠定了扎实的基础通过与物理所技术部研究员郇庆紧密?#29486;?#20182;们自主研制了一批核心关键部件成功完成了一台商业化四探针系统的全面升级改造Review of Scientific Instruments, 886:063704, 2017
 
针对原有系统所存在的噪音大温漂显著分辨?#23454;?#31561;问题他们将该系统进行了多方位彻底改造包括减振与阻尼扫描结构导热链接与热屏针尖定位扫描电镜的替换等从根本上解决了系统信噪?#21462;?#26426;械和温度稳定性成像分辨?#23460;?#21450;降温等方面的问题与此同时他们研发了一套“?#36136;备?#25511;电路单元”为多探针SPM系统提供?#32479;镜ķ质?#25511;制解决方案进一步发挥该系统的特色和优势该研究组博士生马瑞松副研究员鲍丽宏等人利用彻底改造升级后的四探针系统对石墨烯晶界电阻率与迁移?#23454;?#36755;运特性展开了系统研究拓展了人们对石墨烯晶界/褶皱处本征电子输运特性的认识展示了改造完成的四探针扫描隧道显微镜系统在研究缺陷等微观结构特性对材料输运性?#23454;?#24433;响方面的独特优势Nano Letters, 179: 5291, 2017
 
最近在郇庆研究员的直接指?#21152;?#24102;领下N04组的博士研究生吴泽宾高兆艳等成功研制并搭建了多台套新型低温光学SPM联合分子束外延MBE系统具?#34892;?#33021;稳定可扩展性强样品制备能力完善和光学兼容性好的特点主要技术指标达到国际同类商业化系统的优良水平
 
由于所采用的诸多核心部件均为自主研发因此系统具有商业化系统所不具备的多项优点1模块化设计的扫描探头可以同时兼容STM探针和qPlus  AFM传感器具有?#25307;?#39640;结构紧凑的特点在达到极低振动水平的同时还可在超高真空低温环境中对探头进行原位调节显著提高了设备的调试效率和使用便捷性2专利设计的扫描探头锁定结构可在低温端实现探头锁定进一步减小来自室温的漏热3机械和压电驱动的透镜调整方式可根据具体实验要求灵活选择保证光信号精确引入和高效收集4集成的MBE子系统具有低温吸附冷屏可实现多达6种不同材?#31995;纳?#38271;并具备RHEEDLEEDQCM等多种原位生长监测的扩展能力
 
该研发团队对系统进行了反复调试和设?#32856;?#36827;并完成了全面的性能测试他们在干净的HOPG表面和Au111表面均可获得高清原子分辨图像并进一步通过扫描隧道谱隧穿结噪声谱二维周期原子结构制备等手段验证了系统的各项性能
 
此外研发团队还根据研究应用单位的具体需求对系统进行了优化定制设计并对多个核心关键部件以及系统整体进行了长时间的可靠性测试目前所搭建的多台套系统已分别交付物理所清华大学国家纳米科学中心中山大学等?#29486;?#21333;位以开展不同方向的研究应用并通过远程运输和异地安装测试多方面验证了系统的设计合理性和可靠性进一?#38477;أ凑?#31185;技部重大科学仪器专项要求研发团队已将研制成果在更大?#27573;?#36827;行了推广应用
 
目前包括多种蒸发源及控制器扫描探头光学调整台分子束外延系统等在内的部件?#32479;商?#31995;统已在国内外数十所高校和科研机构推广应用
 
该光学兼容低温扫描探针显微镜系统的详细工作发表在近期的科学仪器评论杂志上Review of Scientific Instruments 89, 113705 2018; doi: 10.1063/1.5046466该工作得到了科技部重大科学仪器专项和中科院关键技术研发团队项目的支持

解读仪器仪表行业热点呈?#32622;?#24863;?#24405;?#26356;多独家分析尽在阿仪网微信扫描二维码免费阅读

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来源 中国科学院

标签显微镜,仪器,设备,检测

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