近日，中國科學院有關專家在中科院（yuàn）物理研究所召開了一場“研製儀器驗收會”，對2001年國際量子結構中心申請的 “原（yuán）位微區結構（gòu）分析與（yǔ）性質（zhì）測試聯合係統”和“超（chāo）高真空低溫強磁場雙探針掃描隧道顯微鏡/譜係統” 兩個大型儀（yí）器研製項目進行了驗收。 經過測試專家組進（jìn）行的現場測試，驗收專家組成員一致認（rèn）為，這兩台大型儀器設備的研製成功不但在多項指標上達到（dào）了國際領先水平，實（shí）現了（le）原始性創新目標，而且培養了一（yī）批難得的高水平技術人才，為（wéi）中科院（yuàn）今後的（de）大型儀器研發和可持續發展打下了堅（jiān）實的基礎。同時，項目組提供的文件、資料齊全，經費使用合理，高質量地完成了合同（tóng）任務（wù），並（bìng）建（jiàn）議主管部門批準該項目通過驗收。 據專家介（jiè）紹，在中國（guó）科學院知識（shí）創新工程試點中，物理研究所在引進國外先進儀器設備的同時，大力提倡自主（zhǔ）開（kāi）發研製大型的科學（xué）儀器，為實（shí）現（xiàn）原始創新（xīn）提供（gòng）平台保障。2000年（nián），物理所國際（jì）量子結構中心成立以後，為滿足科（kē）研需求，利用量子中心的人才優勢，製定了大型科學儀器研製計劃。目標是建造兩台先進的精密儀器，並要求由（yóu）我國自己獨立設計，具有自主知識產權，5年（nián）在市場上買不到的（de）世（shì）界最尖端儀器。 經過幾年的努力，“原位微區結構（gòu）分析與（yǔ）性質測試聯合（hé）係統”和“超（chāo）高真空低溫強磁場雙探針（zhēn）掃描隧道顯微鏡/譜係統” 兩個大型儀器（qì）終於研製成（chéng）功。這對提高我國的（de）精密儀器的研製水平、對促進科研成果的轉化、提高我國在該方麵的國際競爭力具有重要的意義。同時，也將會大大提高量（liàng）子中心的科研能力，對推動目前已經得（dé）到廣泛應用的磁性、半導體和超（chāo）導等多（duō）種功能材料（liào）向著納米尺度的方向的發展，對（duì）在一個更高的水平上研究與這些材料相關的納米結構的生長、物理/化學性質的表征、量子效應（yīng）研究以及新型納（nà）米/量子器件的研發方（fāng）麵具有重要（yào）的意義。 原位（wèi）微區結構分析與性質測試聯合係統 研究低維材（cái）料的新結構、新性質（zhì）以及新的器件性能要求（qiú）實（shí）現對單個納米結構的操縱和測（cè）量。現有的商業化設備的樣品操縱能力和測量功能難（nán）以滿（mǎn）足科研發展的需要，開發（fā）先進的納米操縱和納（nà）米測量儀器是解決科學前（qián）沿問題的重要基礎。物理所國際量子結構中心的王中林教授（shòu）、王恩（ēn）哥研究員、白雪冬副研究員在院創新經費的大力支持（chí）下，研製原位微區結構分析與性質測試聯合（hé）係統，在（zài）高分辨透射電子（zǐ）顯微鏡中設計（jì）製造掃描隧道顯微鏡（jìng）。透射電鏡為掃描探針導航，將兩者強大的結構（gòu）表征功能和納米操縱功（gōng）能結合（hé）起來，實現對單個納米結構的物性（xìng）測（cè）量並原位表征材料的微觀結構。此設備的探針調節範圍在毫米量級，調（diào）節精度達到0.1納米，除了用來測（cè）量（liàng）單個納米材料（liào）場發射性（xìng）質和輸運性質外，還（hái）可測量力（lì）學、機電性質以及開展多種納米（mǐ）材（cái）料物（wù）理/化學問題的研究，具有應用的綜合性和靈活性。另外，可根據科研（yán）發展的需要，隨時自行對設備進行改造，以滿足新的（de）測量需求，對於商業化（huà）設備來說是難以實現的。利用研製的（de）設備已經開展了納米彈簧在自由振動下的力（lì）學性質、結構分辨的場電子發射性質以及（jí）動態場發射性質等研究，獲（huò）得了第（dì）一批實驗成果。測試專家組對係統進行了全麵測試，結果表明（míng）該設備已達到合同（tóng）書指標，已經利用該設備開展了研（yán）究工作，並取得了重要研究結果。該係統在非常有限的透射電鏡空間（jiān）內安裝掃描（miáo）隧道顯微鏡單（dān）元，掃描探針位置調節範圍大並能精（jīng）確定位，實現了針對單（dān）個低維結構樣（yàng）品的操縱和（hé）物性測量。在透射電鏡中原（yuán）位觀測物理現象，並同時高分辨地表征材料的微觀結構，研究（jiū）低（dī）維材料各種新（xīn）穎的物理性質，建立性質和結構的直接聯係。該係統是先進的大（dà）型納米表征儀器，為開展低維(納（nà）米)材料科學研究提供了一個有力（lì）的實驗（yàn）手（shǒu）段（duàn）。它的成功研製對從事原創性（xìng）研究具有重要意義。 超高真空低（dī）溫強磁場雙探針掃描隧道顯微鏡/譜係統（tǒng） 原位係統地表征納米（mǐ）結構的光學、電學和磁學性質是納米科技（jì）麵（miàn）臨的非常重要的問題。它（tā）包括兩方（fāng）麵的內容，一是能夠（gòu）有控製地製備和生長納米結構，另（lìng）一個是利用合適的科學儀器來對納（nà）米結（jié）構（gòu）的各種性質、現象與過程進行正確和準確表征。由於現有（yǒu）的商業化設備（bèi）或者缺乏（fá）某些技術功能，或者不同係統間（jiān）難以整合等原因，無法滿足上述需要，隻能根據具體的研究自主去研發這樣的儀器係統（tǒng）。特（tè）別是最近興起的自旋電子學和固態（tài）量子信息與計算，更是（shì）對實驗儀器提出（chū）了新的功能要求和更複雜的性能組合，商業（yè）化的儀器無法滿足研究的需（xū）求。在（zài）這（zhè）些（xiē）全新領域的研究中，如果（guǒ）能根據最新的研究設想，有機地組合現有實驗技術和開發新的儀器功能，無疑（yí）對（duì）開展（zhǎn）的研究工作（zuò）具有很大（dà）的幫助，而（ér）做到這一點的關鍵在於自主研發儀（yí）器係（xì）統並擁有整個係統的核（hé）心技術。 為此，物理所國際量子結構中心的陳東敏研究員、薛其坤研究員、梁學錦副研究員（yuán）在院（yuàn）創新經費的（de）大力支持下，從2002年開始研（yán）製“超高真空低溫強磁場（chǎng）雙探（tàn）針掃描隧道顯（xiǎn）微鏡/譜係統”。該（gāi）係統主要包括（kuò）三個部分：低溫強磁場雙探針掃描隧道顯微鏡(STM)、超高真空原位樣品製（zhì）備（bèi）係統、超快光譜（pǔ）測量（liàng）平台。考慮到儀器在未來的功能（néng）擴（kuò）展（zhǎn），一方麵將探頭和（hé）樣（yàng）品座安裝在一個可方便拆卸的結構上，硬件上保證（zhèng）了（le）可隨時（shí）換上其它種類的測量裝置進行特定性能的測試，另一方麵整（zhěng）個控製（zhì）係統的（de）軟硬件全部自己開發，為係統進一步改造和升級奠定了基礎。在保證科研工作（zuò）的前提下（xià），他（tā）們根據（jù）科研的需要，不斷地進行（háng）功能擴（kuò）展，去年在此平台上完（wán）成了“非原位的微弱信號測試（shì）係統”。今年，他們還獲得了國家自然基金委儀器專項（xiàng）基金的資助，正在本儀器平台（tái）上研發（fā）極端（duān）條件雙探針AFM係統，以進一步拓展（zhǎn）本係統的應用領（lǐng）域，最大限度（dù）地利用現（xiàn）有資源。測試專家組對係統進行（háng）了現場實際測試，結果表明該研製設（shè）備已基本達到和部分超過任務指標。這一係（xì）統的研製成功，不僅能夠有控製地（dì）製備和生長納米尺度上（shàng）的結構，而且還可以原位地表征納米結構的光學、電學和磁學性（xìng）質，為開（kāi）展自（zì）旋電子學和固態量子信息與量子計算等全新領域的研（yán）究提供了強大的實驗手段。該項目是我國自主研發高精尖科學（xué）儀（yí）器的一個成功範例。