6月16日,记者从中科院合肥研究院获悉,该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,对于突破当前超强磁场下只能开展输运等宏观平均效果测量之瓶颈,进入到广阔的物性微观起源探索领域,具有标志性意义。
磁场是一种极端条件,对新物性的探索越强越好。磁场环境下,科研人员发现了许多重要的物理现象,包括整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应、巨磁阻效应等。
目前最强的稳态磁场是通过混合磁体获得的。由于混合磁体运行过程强振动的干扰,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,是宏观测量完全不可替代的,在新的电子材料/纳米材料、新物性、新理论探索中发挥决定性的作用。STM可以实现实空间原子分辨测量。
强磁场中心的混合磁体由一个内水冷磁体和大口径的外超导磁体嵌套组成。其中,内水冷磁体的孔径仅为32毫米,这为置入其内的STM设置了苛刻的空间限制,而外超导磁体的超大孔径(低温920毫米)又不可避免地产生巨大的杂散场,内水冷磁体运行时冷却水流带来的强振动和声音干扰也给STM的原子分辨测量带来了极大的困难。
课题组基于小尺寸的Spider-Drive马达,提出一种全新的管形粗逼近马达和扫描成像单元一体化机械串联型STM镜体,可直接插入到混合磁体32毫米室温磁体孔径并真空密封。同时,课题组又针对超强磁场下的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27.5T超强磁场下依然保持原子分辨。(记者 徐慧媛)