近期,穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置(SHMFF)用戶中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心陸輕鈾團(tuán)隊(duì),依托SHMFF在低溫強(qiáng)磁場掃描隧道顯微鏡研制中取得新進(jìn)展。研究成果以“An?ultracompact?scanning?tunneling?microscope?within?a?Φ?10?piezo?tube?in?a?20?T?superconducting?magnet”為題發(fā)表于國際著名儀器期刊Review?of?Scientific?Instruments。強(qiáng)磁場中心博士研究生張民為該論文第一作者,陸輕鈾研究員和侯玉斌研究員為共同通訊作者。該論文被選為Featured?(Editor’s?pick)文章,并被美國物理聯(lián)合會《科學(xué)之光》(AIP?Scilight)專訪報道。?
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Scilight?專訪報道頁面??????
Scilight?專訪報道指出,掃描隧道顯微鏡是一種在原子尺度上對材料結(jié)構(gòu)及譜學(xué)進(jìn)行可視化研究的技術(shù)。這些方法所采集的測量數(shù)據(jù)可以用于了解凝聚態(tài)物質(zhì)的新奇量子性質(zhì),如超導(dǎo)性,這些研究需要低溫和強(qiáng)磁場環(huán)境的支持。然而,在一個狹小空間的低溫強(qiáng)磁場環(huán)境安裝具有原子分辨率的掃描隧道顯微鏡(STM)是困難的。?
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計了一種精巧的鏡體結(jié)構(gòu),將掃描隧道顯微鏡的探針掃描器集成在一個外徑為10mm的粗逼近壓電馬達(dá)(SpiderDrive)內(nèi)部,成功的開發(fā)出一種外徑僅10mm的超緊湊型掃描隧道顯微鏡,在30mm孔徑的超導(dǎo)磁體中實(shí)現(xiàn)了對材料的表面局域電子態(tài)進(jìn)行高分辨顯微成像及譜學(xué)研究,磁場強(qiáng)度高達(dá)17T,溫度低于2K。采訪中,陸輕鈾研究員說到:“精心切割的外部壓電管負(fù)責(zé)STM的粗定位,克服了空間限制,藍(lán)寶石被用于STM的機(jī)械結(jié)構(gòu),利用其高硬度和非金屬性來增強(qiáng)高場兼容性。此外,小尺寸導(dǎo)致更高的共振頻率,意味著更好的抗震能力?!?/p>
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鏡體結(jié)構(gòu)圖及測量數(shù)據(jù)?
這項(xiàng)工作證明了該超緊湊型掃描隧道顯微鏡在低溫、強(qiáng)磁場及狹小空間等惡劣環(huán)境下的工作能力,為在水冷磁體及混合磁體的超高磁場下對凝聚態(tài)物質(zhì)的新奇量子性質(zhì)進(jìn)行原子尺度的成像及譜學(xué)研究奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。?
上述工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施維修改造等項(xiàng)目的支持。?
論文鏈接:https://doi.org/10.1063/5.0191662??
AIP?Scilight專訪報道鏈接:https://doi.org/10.1063/10.0025685????????Scilight創(chuàng)辦于2017年6月,是美國物理聯(lián)合會的網(wǎng)絡(luò)周刊,致力于挑選AIP發(fā)表的物理領(lǐng)域最新的、最具有代表性的文章,簡要總結(jié)其研究成果,并強(qiáng)調(diào)其在該領(lǐng)域的創(chuàng)新性和突破性。Scilight每年從AIP旗下30多個刊物中僅挑選300余篇物理領(lǐng)域內(nèi)最值得關(guān)注的研究成果進(jìn)行報道。