最新成果|中科艾科米成功研制无液氦亚K强磁场扫描隧道显微镜系统
近日，中科艾科米联合中国科学院物理研究所在《Review of Scientific Instruments》发表重要成果（文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0325806 ），详细介绍了一套新型无液氦亚K强磁场扫描隧道显微镜（STM）系统。
图1：《科学仪器评论》官网截图
该系统具备两种制冷工作模式：⁴He‑⁴He模式与⁴He‑³He模式，其系统基础温度（有效电子温度）分别可达894 mK（1.06 K）和420 mK（610 mK），并可兼容室温孔径超导磁体。通过长时间连续测试验证，该系统实现了接近±0.1 mK的温度稳定性，小于1 pm振动水平，可从低温到室温宽温区内连续变温成像，0-5 T连续变场，并能够稳定运行数月。其性能可与传统基于液氦杜瓦的湿式STM系统相媲美。
图2：新型无液氦亚K强磁场扫描隧道显微镜系统设备示意图
亚K温区STM系统，是凝聚态物理与量子材料等研究领域不可或缺的高端仪器装备。相比于传统的4 K低温STM，亚K温区STM系统能够显著抑制热噪声与热展宽效应，从而提供更高的能量分辨率及更优的表征精度和稳定性。这对于探索非常规超导、拓扑量子态、强关联电子体系及量子临界现象等前沿科学问题具有至关重要的意义。目前，主流的技术路线多基于液4He杜瓦营造的基础低温环境，预先将3He液化后，进一步结合吸附泵减压制冷，以达到百mK级极低温区。该方案虽然技术成熟，但仍面临低温维持时间受限、运行成本高昂、系统烘烤不便以及设备占地空间大（必要时需地下安装）等瓶颈问题。
针对上述问题，联合团队基于独创的极低振动“远端液化”制冷方案[1]，成功研制出一套新型无液氦亚K强磁场STM系统，该系统具有长期连续运行、宽温域可调、可高温烘烤、系统高度兼容常规实验室、无需地下安装空间与磁体配置灵活等诸多优势，可满足极低温条件下多种前沿实验研究需求。
图3：5 T 磁场调控下 HOPG 的表征结果[2]
图4：Pb(110) 衬底的成像与谱学表征结果[2]
此次无液氦亚K强磁场STM系统的成功研制，进一步证明了“远端液化”技术路线在低振动、长期稳定运行及复杂物理环境兼容等方面的优势，并验证了该架构具备向更低mK温区持续拓展的能力。该系统在宽温域调控、强磁场兼容及长期连续运行等方面展现出优异性能，可满足量子材料、低维体系、强关联电子结构及磁场调控量子态等前沿方向的研究需求，同时也为未来原子级制造相关技术规模化发展提供了新思路。
未来，中科艾科米将继续围绕“远端液化”制冷方案这一核心技术路线开展研发，持续推动无液氦极低温扫描探针显微镜向更低温区、更强磁场环境及多物理场耦合方向拓展，为极低温与复杂物理环境条件下量子物态的研究提供先进实验手段，助力更多前沿科学问题突破与高水平研究成果产出。
参考文献：
1. Ma R, Li H, Shi C, et al. Development of a cryogen-free sub-3 K low-temperature scanning probe microscope by remote liquefaction scheme. Rev. Sci. Instrum. 94, 093701 (2023). DOI: 10.1063/5.0165089
2. Ma R, et al. Development of a cryogen-free sub-K strong-field scanning tunneling microscope based on a remote liquefaction scheme. Rev. Sci. Instrum. 97, 053701 (2026). DOI: 10.1063/5.0325806
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