穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置最吸引來訪者眼球之一的要屬實驗測試系統(tǒng)的組合顯微鏡。
萬物的物性(如超導(dǎo)性、磁阻性等)主要是由其內(nèi)電子(含電荷與自旋,即具有荷性與磁性)與其原子結(jié)構(gòu)之間的相互作用決定的。而現(xiàn)今各種掃描探針顯微鏡往往只能測量到這種相互作用的一個方面。例如,掃描隧道顯微鏡(STM)可以測量電子的荷性,但不能測真結(jié)構(gòu)和絕緣樣品,原子力顯微鏡(AFM)則反之,但STM與AFM皆不擅長磁力顯微鏡(MFM)所擅長的磁(疇)行為的測量。三者強大,但各有致命缺陷,又互補。STM-MFM-AFM(SMA)組合顯微鏡就成為國際相關(guān)實驗室追求的完美組合了。
穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置的這種三元合一組合顯微鏡在國際上屬首創(chuàng),其他強磁場實驗室僅有三元中的兩元合一。該組合顯微鏡最終將微型化至可在孔徑為52毫米、場強為20特斯拉的超導(dǎo)磁體內(nèi)探測樣品,國際上尚未見20特斯拉的哪怕只是一元顯微鏡。
組合顯微鏡課題負責(zé)人陸輕鈾教授介紹,三元合一的自主創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù):橫向隧道結(jié)全低壓STM已攻關(guān)成功。該結(jié)構(gòu)不僅使得三個顯微鏡合起來只有30毫米直徑,而且由于擺脫了傳統(tǒng)掃描探針顯微鏡所需的高電壓,測量精度、噪音與原子圖像質(zhì)量大獲改善,其給出的隧道電流分辨率高達30飛安(1飛安=10-15安培),高于技術(shù)查新給出的50飛安的可查詢隧道電流分辨率紀(jì)錄。
目前STM已給出高清晰原子圖像,MFM與AFM也已進入調(diào)試階段,其中MFM已顯出錄像帶磁疇圖案。AFM已測量到正確的原子力梯度與距離的正確關(guān)系曲線,原子圖像尚在調(diào)試中。?
組合顯微鏡要求精度與抗干擾能力非常高,每一步的差之毫厘,都可能導(dǎo)致結(jié)果的失之千里。陸教授對團隊的要求就是:保證每一步零缺陷,追求可追求的完美。在這種精神的帶領(lǐng)下,SMA團隊踏踏實實進行到這一步。按計劃進度組合顯微系統(tǒng)將在2010年底建立完成。