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我國在無液氦低溫掃描探針顯微鏡研制方面取得進(jìn)展
2023年09月20日 15:43:35
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點擊量：4482
近日,，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心研究團(tuán)隊在新一代無液氦低溫掃描探針顯微鏡研制方面取得成果,。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心研究團(tuán)隊在新一代無液氦低溫掃描探針顯微鏡研制方面取得成果,，成功研制了一套無液氦亞3K低溫掃描探針顯微系統(tǒng),。研究成果以“無液氦亞3 K低溫掃描探針顯微鏡的研制”為題，于2023年9月6日發(fā)表在《科學(xué)儀器評論》上,。
在凝聚態(tài)物理研究中，低溫環(huán)境扮演著非常重要的角色,，是對多體系統(tǒng)中強(qiáng)相互作用的復(fù)雜行為開展深入研究的必要條件,。目前低溫環(huán)境重要依賴于液氦提供,。然而液氦是一種非常稀缺且昂貴的資源，隨著液氦資源日趨緊張,，發(fā)展無液氦制冷技術(shù)勢在必行。磁共振成像,、超導(dǎo)磁體等儀器設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)了無液氦化,，而在掃描探針顯微系統(tǒng)(SPM)上,，一方面單級制冷的基礎(chǔ)溫度僅能達(dá)約5 K水平,，另一方面制冷劑需要安裝在掃描單元附近,，其震動對成像有顯著影響,。因此低溫SPM的無液氦化仍然面臨著較大困難,。
中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心郇慶研究團(tuán)隊(N13組)和高鴻鈞院士研究團(tuán)隊(N04組)長期合作，在掃描探針顯微鏡技術(shù)上取得過多項重大突破,。為解決無液氦低溫SPM技術(shù),，兩個研究團(tuán)隊聯(lián)合中科艾科米(北京)科技有限公司、北京飛斯科科技有限公司,、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的研發(fā)人員經(jīng)過幾年攻關(guān),，終于成功研制出了無液氦亞3K低溫SPM系統(tǒng),。
據(jù)介紹,，該系統(tǒng)將低頻大幅震動的制冷機(jī)安裝在遠(yuǎn)端的獨立制冷腔體,，解決了目前無液氦低溫掃描探針顯微鏡存在的兩方面問題,。在溫度上,，實現(xiàn)了~2.8K的基礎(chǔ)溫度、接近±0.1mK的溫度穩(wěn)定性,、小于10pm/h的溫度漂移,，保證了穩(wěn)定的低溫環(huán)境,。在震動上，震動水平約1pm,，對成像的影響大幅減小,。經(jīng)過驗證,，該系統(tǒng)能夠從低溫到室溫寬溫區(qū)內(nèi)連續(xù)變溫成像,。
與現(xiàn)有的無液氦方案相比,，該系統(tǒng)僅需少量氦氣(~10 L)即可實現(xiàn)3K以下基礎(chǔ)溫度,，并可長時間連續(xù)運行,，震動水平與濕式系統(tǒng)相當(dāng)；利用此遠(yuǎn)端液化 4He方案預(yù)冷3He方便實現(xiàn)亞開爾文范圍拓展,；與強(qiáng)磁場,、光學(xué)通路等其他物理環(huán)境的良好兼容性,，顯著降低來自制冷機(jī)的電磁干擾,；便捷地將現(xiàn)有濕式SPM系統(tǒng)改造為無液氦SPM,，并可應(yīng)用在其他需求低溫且對振動敏感的領(lǐng)域。
世界范圍內(nèi)的液氦短缺對部分依賴低溫環(huán)境運行的儀器設(shè)備帶來了較大影響,，這項研究成果采用創(chuàng)新的制冷技術(shù),，不僅徹底解決了現(xiàn)有無液氦SPM方案近端安裝制冷機(jī)的不足，還可應(yīng)用于其它需求低溫且振動敏感的領(lǐng)域,，如精密光譜測量,、低維材料的微弱電學(xué)信息表征等,，將助力我國減少對液氦資源的依賴,。
資料來源：中國科學(xué)院物理研究所
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