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我国扫描隧道显微技术研发取得系列重要进展

近年来,在中国科学院知识**工程和国家自然科学基金委员会的资助下,中科院物理所陈东敏研究组致力于扫描隧道显微技术的**和研发,在仪器自主研制方面取得了**性研究进展。他们成功研制出具有对称式机械结构的双探针扫描隧道显微镜(STM)探头,并通过主动降噪技术大大提高了STM系统的信噪比。同时,他们通过多年努力,实现多项技术**,成功完成了超高真空低温(变温)强磁场双探头STM与分子束外延联合系统的研发,并应用于实际科研。上述两套设备从原理到技术实施方案均有独到之处,相关内容已分别发表在美国Review of Scientific Instrument杂志上。

    这两项工作发表后受到了广泛关注,分别是该杂志发表当月下载次数*高的文献。为此,RSI杂志主编Dr.Albert T.Macrander先生特向陈东敏教授表示祝贺,并邀请他出任该学术期刊的编辑。

    为了满足前沿科研工作的需要,陈东敏研究组经过几年的不懈努力,进一步拓展了STM的技术性能。为了提高STM系统的信噪比,该研究组特别采用了对称式机械结构以及主动降噪技术,专门设计制作了两个结构相同、操作上相互独立的STM探头,实现了两个STM具有相同的机械传递函数,然后,利用其中一个STM做传感器探测其背景机械噪声,基于主动式机械噪声降低响应算法和自适应数字信号处理技术,成功地滤除(补偿)了另一个STM系统中大部分的随机背景振动噪声,从而大大提高了系统的信噪比,详细结果发表在 Rev.Sci.Instrum.78,073705(2007);同时,为了开展纳米尺度下自旋与电荷同磁场相互作用的研究,陈东敏和梁学锦研究员在院**基金和国际量子结构中心的资助下,带领学生们历经近4年的艰苦努力,成功地完成了超高真空低温(变温)强磁场双探头STM与分子束外延联合系统的研发。该系统具有以下特点:具有双探头STM,其中每个探头具有独立的扫描成像能力,并且可在原子尺度上准确定位;能够外加*高12T的两维磁场;工作温度*低可以达到2.5K,并具有2.5K室温的变温功能;超高真空中实现MBE子系统与强磁场和双探头STM子系统的一体化;能够方便地用AFM或4-probe或其它样品测试平台取代双探头STM测试平台;具有几十微米精度地的光学导航子系统;这一成果的技术部分发表在 Rev. Sci. Instrum. 78, 065108 (2007)。目前该系统被用于开展半导体衬底上原位制备的超薄单晶金属薄膜中电荷与自旋输运特性的研究,并已获得初步的结果。
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