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SF09组实验室布局一览

实验室占地面积300平方米,有8间实验室和两间办公室,位于物理所B楼。

实验室自有以下多台综合性大型实验设备,绝大多数设备为完全自行设计制作。

(一)迷你表面实验室(MBE-STM-HREELS-XPS/UPS-LEED联合系统)

该仪器是我们实验室唯一一套商业化仪器系统。它是一个综合的表面单元子层生长-表面分析系统,包含一个分子束外延系统,可以用于以单元子层的精度生长多种低维量子材料。同时它还包含多种先进表面分析手段,包括高分辨低能电子能量损失谱(HREELS)、变温扫描隧道显微镜(VT-STM)、低能电子衍射(LEED)、X射线光电子能谱(XPS)等,可以对表面的原子结构、电子结构、各种激发态的信息进行系统的研究。该仪器是定制的商业化系统,由德国Omicron公司生产,2002年建成。

(二)低温(4K)扫描隧道显微镜-扫描隧道谱系统(LTSTM1)

低温(4K左右)扫描隧道显微镜,特别是扫描隧道谱由于能够将原子结构与局域电子态信息结合起来,因而是当今凝聚态物理研究的最重要的工具之一。我们经过多年的自主研发,完全依靠自己的努力,设计制作了一套高性能的低温(4K)STM/STS系统。该系统的本底电流噪声在200fA以下,本底机械噪声在1pm内,优于国际主流商业化系统。依靠这个自制系统在硅烯的研究方面取得了一系列突破。

(三)低温(4K)STM-集成非接触AFM(nc-AFM)系统

不同于扫描隧道显微镜STM,原子力显微镜(AFM)主要通过探测针尖和样品间的相互作用力获得样品表面信息,不需要导电的样品,可以研究比STM更为广泛的样品体系,自发明以来迅速成为基础科学和应用研究领域中一种强有力的工具.近几年发展起来的基于qPlus技术的非接触式原子力显微镜(qPlus—noncontact AFM),通过关键部件原子力传感器的改进,进一步拓展了原子力显微镜的探测能力,从而在许多研究方向上取得了重要突破。本系统是在我们自行研制低温STM构架的基础上,研制集成了q-plus型非接触AFM探头,可以同时以STM和nc-AFM模式工作,获得亚分子级的超高分辨。系统完成于2015年,调试优化完成于2016年夏。

(四) 光学集成- 低温(4K)扫描隧道显微镜-针尖增强Raman系统(TERS)

拉曼(Raman)光谱作为一种重要的原位非破坏性探测技术,能获取分子或者低维材料的特征性振动“指纹”,从而深入表征生物、化学、低维材料等体系的成分和结构,鉴定动力学过程的结构变化。但是传统的拉曼光谱由于散射截面非常小,需要大量的样品才能产生有效信号。因此过去二三十年来,人们又发展了表面增强拉曼(SERS)、共振拉曼等技术来提高拉曼信号的灵敏度。近年来发展起来的STM针尖增强Raman技术,通过使用扫描隧道显微镜(STM)针尖对电磁场的增强作用发展出针尖增强Raman谱(TERS),结合STM本身所具有的原子分辨及针尖电场对拉曼信号的极大增强,能够获得单个分子甚至亚分子的拉曼图像,极大地增强了拉曼光谱的能力,使得拉曼技术有望在单分子、纳米科学等领域发挥更加突出的作用。

本系统是我们完全自行设计研制的大型系统,于2015年建成并调试成功,基本功能是在我们的低温STM中置入可以三维移动聚焦的透镜组,将光谱系统和STM结合起来。实现多种工作模式,例如研究STM隧道结的发光、表面结构在光照下的动力学过程、以及STM针尖增强Raman谱。目前感兴趣的是二维材料体系的TERS光谱,希望将STM的原子级的空间分布和Raman的化学分辨结合,实现空间和化学全分辨。

 

(五)分子束外延系统 2套(MBE1, MBE2)

一般的分子束外延系统从市场购买,价格从数百万到千万。我们完全自行设计和手工制作的小型分子束外延系统,价格仅仅是其零头,但功能应有尽有。配备8套自制可数字控温蒸发源、束流监测仪、高能电子衍射(RHEED)等。在我们自制的MBE系统上我们曾获得高质量拓扑绝缘体薄膜、硅烯、二维硼等一系列新型低维量子材料。

(六)化学间、管式炉、大气AFM等其他设备

化学间,通风橱、管式炉等

AFM、车床

 

 

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