研制国际首个混合磁体扫描隧道显微镜

本报讯(记者杨凡 通讯员桂运安)近期,中国科学院合肥物质科学研究院强磁场中心陆轻铀课题组在国际上首次研制成功混合磁体极端条件下原子分辨扫描隧道显微镜(STM),为利用混合磁体搭配STM开展原子分辨成像研究铺平了道路。研究成果日前分别发表于《超显微术》和《科学仪器评论》。

在磁场极端环境下,科研人员发现了许多重要的物理现象,目前,世界上最强稳态磁场即通过混合磁体获得。由于混合磁体运行过程中强震动的干扰,国际上只能应用其开展如输运、磁性、磁光等宏观平均效果的测量。但实空间原子分辨测量更接近于揭示物性的微观量子起源,在新电子材料和纳米材料、新物性、新理论探索中发挥着决定性作用。

在本项研究中,陆轻铀课题组基于小尺寸“蜘蛛马达”,参考此前国际首个干式(无液氦)超导磁体STM设计,提出一种全新的管形粗逼近压电马达和扫描成像单元一体化机械串联型STM镜体,其主要采用蓝宝石绝缘材料加工,外径仅为8.8毫米,可直接插入混合磁体32毫米室温磁体孔径中并真空密封。

经过测试,课题组在混合磁体30特斯拉超强磁场下成功获得石墨高品质原子分辨STM图像。该窄空间兼容的插杆式混合磁体STM,可方便地移植到混合磁体适用的液氦恒温器中,以开展超强磁场低温研究。

同时,他们又针对超强磁场下生物分子高分辨成像,搭建了一套室温大气环境下的分体式STM。经测试,该STM在27.5特斯拉超强磁场下依然保持原子分辨。

相关论文信息:https://doi.org/10.1063/1.5140423

https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2020.112975

《中国科学报》 (2020-06-23 第4版 综合)



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