稳态强磁场实验装置最吸引来访者眼球之一的要属实验测试系统的组合显微镜。
万物的物性(如超导性、磁阻性等)主要是由其内电子(含电荷与自旋,即具有荷性与磁性)与其原子结构之间的相互作用决定的。而现今各种扫描探针显微镜往往只能测量到这种相互作用的一个方面。例如,扫描隧道显微镜(STM)可以测量电子的荷性,但不能测真结构和绝缘样品,原子力显微镜(AFM)则反之,但STM与AFM皆不擅长磁力显微镜(MFM)所擅长的磁(畴)行为的测量。三者强大,但各有致命缺陷,又互补。STM-MFM-AFM(SMA)组合显微镜就成为国际相关实验室追求的完美组合了。
稳态强磁场实验装置的这种三元合一组合显微镜在国际上属首创,其他强磁场实验室仅有三元中的两元合一。该组合显微镜最终将微型化至可在孔径为52毫米、场强为20特斯拉的超导磁体内探测样品,国际上尚未见20特斯拉的哪怕只是一元显微镜。
组合显微镜课题负责人陆轻铀教授介绍,三元合一的自主创新关键技术:横向隧道结全低压STM已攻关成功。该结构不仅使得三个显微镜合起来只有30毫米直径,而且由于摆脱了传统扫描探针显微镜所需的高电压,测量精度、噪音与原子图像质量大获改善,其给出的隧道电流分辨率高达30飞安(1飞安=10-15安培),高于技术查新给出的50飞安的可查询隧道电流分辨率纪录。
目前STM已给出高清晰原子图像,MFM与AFM也已进入调试阶段,其中MFM已显出录像带磁畴图案。AFM已测量到正确的原子力梯度与距离的正确关系曲线,原子图像尚在调试中。
组合显微镜要求精度与抗干扰能力非常高,每一步的差之毫厘,都可能导致结果的失之千里。陆教授对团队的要求就是:保证每一步零缺陷,追求可追求的完美。在这种精神的带领下,SMA团队踏踏实实进行到这一步。按计划进度组合显微系统将在2010年底建立完成。
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