近日有所提升，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心研究團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聽得進，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”為題先進水平，于2023年9月6日發(fā)表在《科學儀器評論》上便利性。
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重要平臺，是對多體系統(tǒng)中強相互作用的復雜行為開展深入研究的必要條件深刻認識。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應用提升，隨著液氦資源日趨緊張主動性，發(fā)展無液氦制冷技術勢在必行。磁共振成像發展的關鍵、超導磁體等儀器設備已經(jīng)實現(xiàn)了無液氦化體系，而在掃描探針顯微系統(tǒng)(SPM)上，一方面單級制冷的基礎溫度僅能達約5 K水平帶動產業發展，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十分落實。因此低溫SPM的無液氦化仍然面臨著較大困難倍增效應。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心郇慶研究團隊(N13組)和高鴻鈞院士研究團隊(N04組)長期合作，在掃描探針顯微鏡技術上取得過多項重大突破製造業。為解決無液氦低溫SPM技術優化服務策略，兩個研究團隊聯(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組合運用、中國科學院半導體研究所的研發(fā)人員經(jīng)過幾年攻關更讓我明白了，終于成功研制出了無液氦亞3K低溫SPM系統(tǒng)。
據(jù)介紹積極，該系統(tǒng)將低頻大幅震動的制冷機安裝在遠端的獨立制冷腔體探索，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。在溫度上產業，實現(xiàn)了~2.8K的基礎溫度滿意度、接近±0.1mK的溫度穩(wěn)定性、小于10pm/h的溫度漂移可持續，保證了穩(wěn)定的低溫環(huán)境主要抓手。在震動上體製，震動水平約1pm，對成像的影響大幅減小創新科技。經(jīng)過驗證服務延伸，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具有重要意義，該系統(tǒng)僅需少量氦氣(~10 L)即可實現(xiàn)3K以下基礎溫度進一步，并可長時間連續(xù)運行，震動水平與濕式系統(tǒng)相當功能；利用此遠端液化 4He方案預冷3He方便實現(xiàn)亞開爾文范圍拓展應用的因素之一；與強磁場、光學通路等其他物理環(huán)境的良好兼容性預期，顯著降低來自制冷機的電磁干擾敢於監督；便捷地將現(xiàn)有濕式SPM系統(tǒng)改造為無液氦SPM，并可應用在其他需求低溫且對振動敏感的領域結構。
世界范圍內(nèi)的液氦短缺對部分依賴低溫環(huán)境運行的儀器設備帶來了較大影響重要的作用，這項研究成果采用創(chuàng)新的制冷技術，不僅徹底解決了現(xiàn)有無液氦SPM方案近端安裝制冷機的不足規模最大，還可應用于其它需求低溫且振動敏感的領域穩中求進，如精密光譜測量、低維材料的微弱電學信息表征等最深厚的底氣，將助力我國減少對液氦資源的依賴協同控製。
資料來源：中國科學院物理研究所
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