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近场扫描显微镜

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近场扫描显微镜相关的资讯

  • 英国新建散射扫描近场光学显微镜设施
    英国国家物理实验室(NPL)和曼彻斯特大学建立了新的联合设施——散射扫描近场光学显微镜(s-SNOM)。该设施位于英国曼彻斯特大学,能够在宽温度范围内为产业界提供纳米级、非接触、非破坏性近红外和可见光波长的多功能光电表征。该设施能够提供详细纳米级信息的能力,对于增强或实现依赖于各种低维和纳米工程材料及其光电特性的量子技术至关重要。通过该设施,NPL和曼彻斯特大学将为英国工业界提供纳米光电子学和纳米光子学量子技术方面的战略竞争优势。预计这些技术对于未来十年的数字基础设施、医疗保健、能源和环境以及英国的安全和恢复能力至关重要。
  • 1500万!东南大学理科平台低温散射式扫描近场光学显微镜采购项目
    一、项目基本情况项目编号:0664-2360SUMECTY005D(SEU-ZB-230698)项目名称:东南大学理科平台低温散射式扫描近场光学显微镜采购预算金额:1500.000000 万元(人民币)最高限价(如有):1460.000000 万元(人民币)采购需求:东南大学理科平台采购低温散射式扫描近场光学显微镜1套,主要技术参数:低温散射型扫描近场光学显微镜平台1.1基于低温AFM的无孔径近场扫描显微镜系统。冷却系统需基于一个完全阻尼且封闭循环低温恒温器,保证底板温度 20 K,并集成到光学平台中。通过自动低温恒温器操作来调节,可变温度范围需满足10k T 300k。XY扫描级的开环扫描范围不小于30 × 30µm @ 300K,不小于24 × 24µm @10K。要求低温AFM测量的形貌噪声 1nm (RMS) @10K。1.2低温AFM需基于轻敲模式AFM技术,通过基于轻敲振幅的AFM反馈进行形貌成像。悬臂偏转的读取需基于光学杠杆原理,采用激光二极管反射在悬臂背面,由光象限二极管读取。最高限价:人民币1460万元整(不含外贸代理费)本项目接受进口产品。本项目所属行业:工业。合同履行期限:境外产品:开具信用证后10个月设备安装调试合格。境内产品:自合同签订之日起30天内到货并安装调试合格。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间:2024年01月02日 至 2024年01月08日,每天上午9:00至11:00,下午14:00至17:00。(北京时间,法定节假日除外)地点:微信公众号“苏美达达天下”方式:在线获取(详见补充事宜)售价:¥600.0 元,本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问,请按以下方式联系。1.采购人信息名 称:东南大学     地址:南京市玄武区四牌楼2号        联系方式:技术咨询:电子科学与工程学院:骆老师 电话:19852843441; 实验室与设备管理处:刘老师 电话:025-83792693      2.采购代理机构信息名 称:苏美达国际技术贸易有限公司            地 址:南京市长江路198号苏美达大厦5楼502室            联系方式:杨 扬 025-84532455、葛晓菲025-84532451            3.项目联系方式项目联系人:葛晓菲电 话:  025-84532451
  • 300万!华南理工大学拉曼-扫描近场光学联用显微镜采购项目
    项目编号:CLF0122GZ18ZC69-2项目名称:拉曼-扫描近场光学联用显微镜(二次)预算金额:300.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):300.0000000 万元(人民币)采购需求:序号标的名称数量(单位)简要技术需求或服务要求(具体详见采购需求)单价最高限价万元(人民币)1拉曼-扫描近场光学联用显微镜1激发波长:532nm TEM00单频激光器,功率≥75 mW 光谱仪与检测器系统:光谱仪焦长:≥300 毫米;同时配备光栅,包括150, 600及1800刻线, 可实现软件控制全自动切换,无需手动更换光栅,单窗口可覆盖(3700 cm-1)。300经政府采购管理部门同意,本项目 拉曼-扫描近场光学联用显微镜(二次) 允许采购本国产品或不属于国家法律法规政策明确规定限制的进口产品,具体详见采购需求。合同履行期限:国内供货:在合同签订后(30)天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用;境外供货:办理免税证明后180天内。本项目( 不接受 )联合体投标。
  • 220万!中国科学院大连化学物理研究所近场扫描光学显微镜采购项目
    项目编号:OITC-G220311704项目名称:中国科学院大连化学物理研究所近场扫描光学显微镜采购项目预算金额:220.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):220.0000000 万元(人民币)采购需求:包号设备名称数量简要用途交货期最高限价交货地点是否允许采购进口产品1近场扫描光学显微镜1套详见采购需求合同签订后6个月内220万元人民币中国科学院大连化学物理研究所是 合同履行期限:合同签署后6个月内到货本项目( 不接受 )联合体投标。
  • 中科院微电子所采购激光共聚焦扫描显微镜与近场光学显微镜
    中国科学院微电子研究所2011年仪器设备采购项目(第四批)招标公告  日 期: 2011年3月15日  招标编号: OITC-G11032057  1、东方国际招标有限责任公司受 中国科学院微电子研究所 (招标人)的委托,就中国科学院微电子研究所2011年仪器设备采购项目(第四批)(以下简称项目)所需的货物和服务,以公开招标的方式进行采购。现邀请合格的投标人就下列货物及有关服务提交密封投标。包号货物名称数量(台/套)是否接受进口产品1近场光学显微镜1是2激光共聚焦扫描显微镜1是  投标人须以包为单位对包中全部内容进行投标,不得拆分,评标、授标以包为单位。  2、投标人资格条件:  1) 符合《中华人民共和国政府采购法》第二十二条要求   2) 按本投标邀请的规定获取招标文件   3、有兴趣的投标人可从 2011 年 3 月 15 日至 2011 年 4 月 6 日每天上午9:00至下午17:00(北京时间)在东方国际招标有限责任公司1507室查阅或购买招标文件,本招标文件售价为500元/包,如需邮寄另加100元的邮资费用,邮寄过程中产生的任何问题由购买标书人自行负责,售后不退。  4、所有投标文件应于 2011 年 4 月 6 日上午9:30时(北京时间)之前递交至北京市朝阳区北土城西路3号中国科学院微电子研究所办公楼A座西大厅101会议室,并须附有不低于投标金额1%的投标保证金,以招标机构为承受人。  5、兹定于 2011 年 4 月 6 日上午9:30在北京市朝阳区北土城西路3号中国科学院微电子研究所办公楼A座西大厅101会议室进行公开开标。届时请投标人派代表出席开标仪式。  招标机构名称:东方国际招标有限责任公司  地  址:北京市海淀区阜成路67号 银都大厦15层 邮  编:100142  电  话:010-68725599-8447 传  真:010-68458922  电子信箱:zcdou@osic.com.cn  联 系 人:窦志超、张明磊  开户名(全称):东方国际招标有限责任公司  开户银行:招行西三环支行 帐号:862081657710001
  • 30mK极低温近场扫描微波显微镜研发核心:attocube极低温纳米位移台
    关键词:低温位移台;近场扫描微波显微镜; 稀释制冷机 背景介绍扫描隧道显微镜(STM)[1]和原子力显微镜(AFM)[2]等基于扫描探针显微术(SPM)的出现使得科学家能够在纳米分辨率下去研究更多材料的物理特性及图形。以这些技术为基础的纳米技术、材料和表面科学的迅速发展,大地推动了通用和无损纳米尺度分析工具的需求。尤其对于快速增长的量子器件技术领域,需要开发与这些器件本身在同一区域(即量子相干区域)中能够兼容的SPM技术。然而,迄今为止,能够与样品进行量子相干相互作用的纳米尺度表征的工具仍非常有限。特别是在微波频率下,光子能量比光波长小几个数量,加之缺乏单光子探测器和对mK端温度的严格要求,更是一个巨大的挑战。近年来,固态量子技术飞速发展迫切需要能够在此端条件下运行的SPM探测技术。技术核心近场扫描微波显微技术(NSMM)[3]结合了微波表征和STM或AFM的优势,通过使用宽带或共振探头来实现探测。在近场模式下,空间分辨率主要取决于SPM针尺寸,可以突破衍射限的限制,获得纳米别的高分辨率图像。NSMM的各种实现方式已被广泛应用于非接触式的探测半导体器件[4],材料中的缺陷[5]、生物样品的表面[6]及亚表面分析,以及高温超导性[7]的研究。但是在低温量子信息领域中的应用还鲜有报道。英国物理实验室NPL的塞巴斯蒂安德格拉夫(Sebastian de Graaf)小组与英国伦敦大学谢尔盖库巴特金(Sergey Kubatkin)教授小组合作开发了一种在30 mK下工作的新型低温近场扫描微波显微镜,同时,该显微镜还结合了高达6 GHz的微波表征和AFM技术,旨在满足量子技术领域的新兴需求。整个系统置于一台稀释制冷机中(如图1(b)所示),NSMM显微镜的示意图如图1(a)所示:在石英音叉上附着了一个平均光子占有率为~1的超导分形谐振器。一个可移动的共面波导被用来感应耦合到谐振器上进行微波的发射和信号的读出。整个系统的核心是德国attocube公司提供的兼容低温的铍铜材质的纳米精度位移台,该小组使用一组ANPx100和ANPz100纳米位移器将样品与针在x,y和z方向上对齐,同时使用一个小的ANPz51纳米位移器进行RF波导的纳米定位和耦合。图1.(a)NSMM显微镜的示意图。(b) 稀释制冷机中弹簧和弹簧悬挂的NSMM示意图。测量结果如图2所示,Sebastian教授演示了在单光子区域中以纳米分辨率进行扫描的结果。扫描的区域与在硅衬底上形成铝图案的样品相同。扫描显示三个金属正方形(2×2μm2)与两个较大的结构相邻,形成一个叉指电容器。叉指电容器的每个金手指有1 μm的宽度和间距,尽管在图2中,由于的形状,这些距离看起来不同。图2. 在30 mK下扫描具有相邻金属垫的交叉指电容器.(a)得到的AFM形貌图。(b) 单光子微波扫描(~1)显示了微波谐振腔的频移,微波扫描速度为0.67 μm/s.(c)高功率微波扫描结果(~270)。(d) 在调谐叉频率(30 kHz)下解调的PDH误差信号,与dfr/dz(~270)成正比。(e) 扫描获得的信噪比(SNR)作为平均光子数的函数。attocube低温位移台德国attocube公司是上著名的端环境纳米精度位移器制造公司。拥有20多年的高精度低温纳米位移台的研发和生产经验。公司已经为各地科学家提供了5000多套位移系统,用户遍及全球著名的研究所和大学。它生产的位移器设计紧凑,体积小,种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和扫描器。德国attocube公司的位移器以稳定而优异的性能、原子的定位精度、纳米位移步长和厘米位移范围深受科学家的肯定和赞誉。产品广泛应用于普通大气环境和端环境中,包括超高环境(5E-11 mbar)、低温环境(10mK)和强磁场中(31 Tesla)。图3. attocube低温强磁场纳米精度位移器,扫描器,3DR主要参数及技术特点参考文献:[1]. Binnig, G., Rohrer, H., Gerber, C. & Weibel, E. Surface studies by scanning tunneling microscopy. Phys. Rev. Lett. 49, 57 (1982).[2]. Binnig, G., Quate, C. F. & Gerber, C. Atomic force microscope. Phys. Rev. Lett. 56, 930 (1986).[3]. Bonnell, D. A. et al. Imaging physical phenomena with local probes: From electrons to photons. Rev. Mod. Phys. 84, 1343 (2012).[4]. Kundhikanjana, W., Lai, K., Kelly, M. A. & Shen, Z. X. Cryogenic microwave imaging of metalinsulator transition in doped silicon. Rev. Sci. Instrum. 82, 033705 (2011).[5]. Gregory, A. et al. Spatially resolved electrical characterization of graphene layers by an evanescent field microwave microscope. Physica E 56, 431 (2014).[6]. Gregory, A. et al. Spatially resolved electrical characterization of graphene layers by an evanescent field microwave microscope. Physica E 56, 431 (2014).[7]. Lann, A. F. et al. Magnetic-field-modulated microwave reectivity of high-Tc superconductors studied by near-field mm-wave. microscopy. Appl. Phys. Lett. 75, 1766 (1999). 更多文章信息请点击:https://doi.org/10.1038/s41598-019-48780-3
  • 扫描近场光学显微技术(SNOM)书写的发展史诗
    “扫描近场光学显微技术” 早由科学研究工作者Edward Hutchinson Synge提出。根据观察到的在一定压力下电弧发出的通过孔径仅为100nm的强聚焦平面光,他认为,利用这种小孔径可以使光在样品表面进行逐点扫描成像,同时采集被测量物质的光学信息,并大胆预测这一技术的实现将是照明探测研究领域中的巨大突破。在1956年和1972年,John A.O' Keefe与Ash and Nicholls进一步完善了该理论,并提出小孔探测原件尽可能接近样品表面将有助于该技术的实现。1984年,台利用可见光辐射进行测量的近场光学显微镜由Pohl等制造并使用,该显微镜通过探针在样品表面保持数十纳米的距离采集反馈信息,并在两年后实现了高分辨成像。 然而,传统近场光学显微镜由于瑞利衍射限(Rayleigh limitation),其分辨率不仅受到孔径尺寸的制约,也受到入射光波长1/2的限制。因此,对于sub-um的纳米材料检测成像时,传统近场光学显微镜只能采用有限波长范围的可见光,且难以获得高清图像信息。在中红外领域,近场光学显微技术对纳米结构几乎没有用武之地。 散射式近场光学显微镜利用AFM探针对激光光束聚焦照明,在针附近激发一个纳米尺度的增强近场信号区域。当针接近样品表面时,由于不同物质的介电性质差异,近场光学信息将被改变。通过背景压制技术对采集的散射信号进行解析,就能获取到样品表面的近场光学谱图并进行成像。该技术突破了传统孔径显微的限制,其分辨率仅由AFM探针针的曲率半径决定。 德国Neaspec公司提供的新一代近场光学显微镜NeaSNOM采用了这一散射式技术,高分辨率可达10nm,并通过式的赝外差数据分析模式,同时解析强度和相位信号,解决了纳米材料尤其是在红外光谱范围的近场光学成像难题。 利用赝外差技术实现了近场光学显微镜对强度和相位的同时成像 近五年以来(2011年至今)散射式近场光学显微技术在局域表面等离子激元,无机材料表面波传导,二维材料声子化,近场光电流,半导体载流子浓度,高分子材料鉴别和生物样品成像等领域研究得到了广泛的应用,已然成为推动光学物理、材料应用发展的重要工具。 2016年,A.Y. Nikitin等通过波长10-12μm激发裁剪后的石墨烯纳米谐振器,得到了大量共存的Fabry–Perot mode信息。通过理论分析其两种等离子模式,即sheet plasmon和edge plasmon,发现后者体积仅为激发波长的10^-8倍。并通过理解edge plasmon的原理,可以促进一维量子发射器的开发,等离子激元和声子在中红外太赫兹探测器的研究,纳米图案化拓扑缘体等领域的进一步发展。 文章中5nm厚SiO2上的不同尺寸(394 × 73 nm (a), 360 × 180 nm (b) and 400 × 450 nm (c))石墨烯纳米谐振器,在11.31μm波长下的近场成像 石墨烯由于其特性能被广泛的认可为具发展潜能的下一代光电设备材料,然而其纳米别性能的变化影响了宏观行为,高性能石墨烯光电器件的开发受到了大制约。AchimWoessner等结合红外近场扫描纳米显微镜和电子读取技术,实现了红外激发光电流的成像,并且精度达到了数十纳米别。通过研究边际和晶界对空间载流子浓度和局域热电性质的影响,实验者证明了这一技术对封闭石墨烯器件应用的益处。 近场光电流的工作原理示意图以及中从晶粒间界处得到的光电流实际测量结果 NeaSNOM是市场一款散射型扫描近场光学显微镜,化的散射式核心设计技术,大的提高了光学分辨率,并且不依赖于入射激光的波长,能够在可见、红外和太赫兹光谱范围内,提供优于10nm空间分辨率的光谱和近场光学图像。 NeaSNOM中嵌入的一系列化探测和发光模块,保证了谱图的可靠性和可重复性,成为纳米光学领域热点研究方向的科研设备。 【NeaSNOM样机体验与技术咨询,请拨打:010-85120280】 相关产品:超高分辨散射式近场光学显微镜:http://www.instrument.com.cn/netshow/C170040.htm纳米傅里叶红外光谱仪:http://www.instrument.com.cn/netshow/C194218.htm
  • 一文带您了解扫描探针显微镜发展史
    扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope,SPM)的发展历史是一段引人注目的科学进步历程,奠定了纳米科学和纳米技术的基础。自20世纪80年代以来,SPM的出现和保存,不仅使科学家能够以原子和分子的精度观察和操控材料,还推动了许多相关领域的研究。以下是SPM发展关键里程碑:1980年代初 - 扫描隧道显微镜(STM)的发明1981年:德国物理学家格尔德宾宁(Gerd Binnig)和海因里希罗雷尔(Heinrich Rohrer)在 IBM 苏黎世研究实验室发明了扫描隧道显微镜(STM)。STM 的发明标志着扫描探针显微镜技术的开端。[1]宾宁罗雷尔世界上第一台扫描隧道显微镜[2]1986年:宾宁和罗雷尔因发明 STM 获得诺贝尔物理学奖。他们的工作证明了 STM 可以以原子级分辨率成像,从而开启了对物质结构的新认识。1989年:IBM科学家展示了一项能够操纵单个原子的技术。他们使用扫描隧道显微镜,将35个单个氙原子排列在镍冷晶体基板上,拼出了公司首字母缩写的三个字母。这是原子首次被精确地定位在平面上。[3]用 35 个氙原子拼写出“IBM”1980年代中期 - 原子力显微镜(AFM)的发展1986年:格尔德宾宁、卡尔文夸特纳(Calvin Quate)和克里斯托弗格贝尔(Christoph Gerber)发明了原子力显微镜(AFM)。AFM 可以在非导电材料上工作,扩展了 SPM 技术的应用范围。[4] AFM 利用探针与样品表面之间的范德华力进行成像,可以在真空、空气和液体环境中操作,因此在材料科学和生物学研究中具有广泛的应用。第一台原子力显微镜原子力显微镜原理图1990年代 - 扫描探针显微镜的扩展与多样化1. 磁力显微镜(MFM):磁力显微镜(MFM)在20世纪80年代末至90年代初被发明,通过使用带有磁性涂层的探针,测量探针与样品表面磁力相互作用,实现了纳米尺度高分辨率磁畴成像。这一创新使研究人员能够深入了解材料的磁性特性。低温强磁场磁力显微镜在微结构缺陷中的研究2. 静电力显微镜(EFM):静电力显微镜(EFM)由斯蒂芬库尔普斯(Stephen Kalb)和霍斯特福尔默(Horst F. Hamann)在20世纪80年代末至90年代初发明,通过带电探针测量静电力变化,实现纳米尺度高分辨率电学成像。EFM被广泛应用于研究半导体材料、电荷存储器件和纳米电子学等领域。3. 近场扫描光学显微镜(NSOM 或 SNOM):近场光学显微镜(NSOM)由埃里克贝茨格(Eric Betzig)和约翰特劳特曼(John Trautman)在20世纪80年代末至90年代初发明。NSOM使用带有亚波长孔径的光纤探针,通过限制光在极小区域内并扫描样品表面,获取高分辨率的光学图像,广泛应用于材料科学、生物学、化学和半导体研究等领域。NSOM的一般原理2000年代至今 - SPM 技术的进一步发展和应用1. 高分辨率和高灵敏度:随着探针技术、控制系统和数据处理技术的发展,SPM 的分辨率和灵敏度不断提高。2. 多功能化探针:开发出具有特定化学、机械、磁性或力学性质的探针,使得 SPM 可以进行更为多样化的表征和操作。3. 多模式成像:结合多种成像模式,可以同时获得样品的多种性质信息。结合多种模式的扫描探针显微镜4.晶圆级成像:随着集成电路规模的急剧增加,需要对大型样品成像。加工在晶圆上的芯片5. 在生物学中的应用:SPM 在生物分子和细胞研究中的应用越来越广泛,可以直接观测生物大分子的结构和动力学过程。未来展望扫描探针显微镜的技术仍在不断发展,新的技术和应用不断涌现。由致真精密仪器研发的多功能原子力显微镜和晶圆级原子力显微镜支持大尺寸样品的表征,并集成集成磁力、压电力、扫描开尔文以及液相等多物性分析功能,具有极低的噪声水平,并具备基于深度学习的智能化数据处理分析。致真精密仪器未来将继续致力于更高分辨率、更快的成像速度和更强的多功能化的SPM设备研究,以满足科学研究和工业应用的需求。致真公司自主研发的多功能原子力显微镜AtomEdge集成AI的智能分析算法 高度及粗糙度、宽度、粒子智能分析参考文献:[1] Binnig, G., & Rohrer, H. (1982). Scanning tunneling microscopy. Surface Science, 126(1-3), 236-244.[2] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:First_STM.jpg[3] https://en.wikipedia.org/wiki/IBM_%28atoms%29[4] Binnig, G., Quate, C. F., & Gerber, C. (1986). Atomic force microscope. Physical Review Letters, 56(9), 930-933.本文由致真精密仪器原创,转载请标明出处. 致真精密仪器一直以来致力于实现高端科技仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代。 致真精密仪器通过工程化和产业化攻关,已经研发了一系列磁学与自旋电子学领域的前沿科研设备,包括“产品包含原子力显微镜、高精度VSM、MOKE等磁学测量设备、各类磁场探针台、磁性芯片测试机等产线级设备、物理气相沉积设备、芯片制造与应用教学训练成套系统等”等,如有需要,我们的产品专家可以提供免费的项目申报辅助、产品调研与报价、采购论证工作。另外,我们可以为各位老师提供免费测试服务,有“磁畴测试”、“SOT磁畴翻转”、“斯格明子观测”、“转角/变场二次谐波”、“ST-FMR测量”、“磁控溅射镀膜”等相关需求的老师,可以随时与我们联系。
  • 新型扫描隧道显微镜助力材料超快动力学研究
    扫描隧道显微镜 (STM) 基于量子隧穿效应能够以亚埃的纵向精度和真实原子分辨率对样品表面成像。无论是金属还是半导体,甚至到衬底上沉积的有机分子材料,均可直接可视化测量。然而,STM 的时间分辨率仅限于亚毫秒范围,不利于材料超快动力学的研究。 为了克服上述障碍,日本筑波大学的研究人员开发了一种新型 STM 系统,它采用基于激光的泵浦探针方法将时间分辨率从皮秒提高到数十飞秒(ACS Photonics,doi:10.1021/acsphotonics.2c00995)。该系统可以将极短时间尺度内发生的物理现象可视化,例如相变期间原子的重排或电子的快速激发。中红外电场驱动的扫描隧道显微镜系统示意图光泵浦探针法一般经常被用于一些超快现象测试。泵浦激光脉冲首先激发样品,然后经过一段时间延迟后,探测激光脉冲撞击样品并测量其透射率或反射率。测量的时间分辨率仅受激光脉冲持续时间的限制。研究人员将这种方法与电场驱动的 STM 相结合,后者使用载波包络相位控制的光源产生近场,从而在 STM 尖端和样品之间施加瞬时电场,从而捕捉到非平衡状态下的超快动力学现象。团队强调,他们的新型STM显微镜可广泛应用于包括太阳能电池或纳米级电子设备在内的各种各样的材料研究。该研究的主要负责人Hidemi Shigekawa 表示,在凝聚态物质中,动力学通常不是空间均匀的,而是受到原子缺陷等局部结构的强烈影响,这些结构可以在很短的时间内发生变化。在实验中,他们将经过一个近红外 (NIR) 波长范围和 8.1 fs 脉冲宽度的啁啾脉冲放大器后的光束分离,其中一束光束被转换为中红外 (MIR)。 NIR 光束通过一个光学延迟级,并与 MIR 光束以同轴排列,用于泵浦探针测量。它们被聚焦在容纳样品的超高真空室中的 STM 尖端顶点上。为了验证系统性能,研究人员使用 NIR 脉冲光作为激发,MIR 光作为探针进行了时间分辨 STM 测量。碲化钼作为被观察的样品,这是一种过渡金属二硫化物,它具有重要的非平衡动力学。实验结果显示,MIR 电场驱动显微镜(具有高于 30 fs 的增强时间分辨率)在 0 到 1 ps 的时间范围内成功可视化了样品中的光诱导超快非平衡动力学。观察结果与载波动力学相关的能带结构的变化一致。STM 系统还解析了具有原子分辨率的快照图像,可以跟随激发的影响。正如团队主要成员Yusuke Arashida 在新闻稿提到的那样,“虽然我们新型STM的放大倍数不以为奇,但却是在时间分辨率上的一重大进步”。
  • 倒置扫描微波显微镜——生物样品的应用与展望
    Siti Nur Afifa Azman , Eleonora Pavoni , Marco Farina扫描微波显微镜(SMM)在提供亚表面结构的成像和允许样品的局部定量表征方面是突出的。一种被称为反向扫描微波显微镜(iSMM)的新技术是最近开发的,旨在扩大该应用,超出当前对表面物理和半导体技术的关注。通过一个简单的金属探针,iSMM可以从现有的原子力显微镜(AFM)或扫描隧道显微镜(STM)转换而成,从而在带宽、灵敏度和动态范围方面形成传统的SMM。iSMM主要用于分析生物样品,因为它可以在液体中工作。扫描微波显微镜(SMM)[1]是扫描探针显微镜(SPM)[2]家族中的一种仪器,该家族包括众所周知的原子力显微镜(AFM)和扫描隧道显微镜(STM)。在SMM中,用作天线的探头在表面附近进行光栅扫描,在扫描过程中,记录微波信号的局部反射系数,提供关于表面和亚表面阻抗的信息。SMM的一个基本优点是它能够通过利用纳米探针和样品本身之间的近场电磁相互作用来定量表征样品的电磁特性。在一些实施方式中,矢量网络分析仪(VNA)被用作微波信号的源和检测器,通过导电探针辐射和感测微波信号。通常,SMM与一些其他SPM技术(例如AFM或STM)协同工作,提供了一种控制和保持探针和样品之间距离恒定的机制。基于SPM的SMM显微镜的使用最近在生物和生物医学领域获得了更多的关注,这是由于该技术能够测量与生理病理条件密切相关的电磁参数。然而,在极端环境(如用于保持细胞健康的生理缓冲液)中喂养SPM探针已被证明极具挑战性。作者于2019年引入的一种称为倒置SMM(iSMM)的新设置[3]克服了原始SMM与生理环境相关的大多数限制:倒置SMM的结构成本低、易于获得,并且与生理环境兼容,这也使得SMM能够应用于生物生活系统。其想法是将进料从探头移动到样品架;在iSMM中,样品保持器是一条传输线,通过该传输线测量反射和透射,而SPM探头(交流接地)仅干扰通过样品的传输线。因此,任何现有的SPM都可以创建iSMM,只需提供适当的样本保持器,当然,还可以使用软件同步传输线上的测量和SPM扫描。需要强调的是,所提出的系统是宽带的,能够实现频谱分析、时域分析和微波层析成像。到目前为止,SMM已被用于表征活的生物细胞,尽管在生理缓冲液中操作存在挑战[4,5]。除此之外,它还被用于负责细胞呼吸和能量生产的亚细胞细胞器,如线粒体[6]。iSMM已证明能够克服液体操作的局限性,这是首次在生理缓冲液中成功地对活细胞进行微波成像[3]。仪器开发几年来,研究活动一直基于一种自制的STM辅助SMM,该SMM是通过将Imtiaz[7]的系统的一些特性与Keysight[8]开发的系统混合而构建的。在这里,特别是结合了标准隧道显微镜,其反馈电路用于将探针与样品保持在给定距离,并在反射计设置中使用微波信号。然而,与Keysight仪器和其他可用设备不同,该仪器没有谐振器;因此,显微镜可以在VNA允许的整个频率范围内记录数据。具体而言,该系统利用并控制一台商用STM显微镜、NT-MDT的Solver P47和一台Agilent矢量网络分析仪PNA E8361,其带宽为67 GHz,动态范围为120 dB。例如,该技术被应用于线粒体成像[9],以评估干燥的癌细胞,并被特意处理以确定掺入的富勒烯的存在[10]。通过利用在多个相近频率下获得的图像的相关性,并使用一种权宜之计,即时域反射法[11-13],提高了系统灵敏度,这可以通过使用尖端/样本相互作用对微波信号进行“扩频”调制来理解;在频谱上传播的信息通过傅里叶逆变换在单个时间瞬间折叠来恢复。STM辅助的SMM提供了非常高质量的图像,减少了由于地形“串扰”而产生的伪影,即由于扫描期间探针电容的变化而产生的地形副本。然而,STM在处理导电性较差的样品(如生物样品)时极具挑战性,在液体中使用时更为困难。图1A)中所示的传统SMM通常是从AFM(或STM)获得的,其中微波信号被注入并由反射测量系统感测:反射信号和注入信号之间的比率,即所谓的反射系数(S11),可用于确定样品的扩展阻抗或介电常数,经过适当的校准和分析。这种单端口反射测量通常具有40-60dB的动态范围,这受到定向耦合器的限制。在图1(B)所示的iSMM配置中,导电扫描探针(AFM或STM)始终接地,微波信号通过传输线(例如共面波导、槽线)注入,以这种方式,传输线成为样品保持器。传输线的输入和输出连接到VNA,从而可以测量反射和传输信号(分别为S11和S21)[3,14,15]。这种双端口测量通常具有120−140 dB,这使得当接地探头扫描样品时更容易感测到接地探头引起的微小扰动。图1:(A)基于AFM的传统SMM和(B)倒置SMM的示意图。图2:干燥Jurkat细胞的同时(A)AFM和(B)iSMM|S11|图像。Jurkat细胞和L6细胞的iSMM表征最初,在干燥的Jurkat细胞以及干燥的和活的L6细胞上证明了iSMM[3]。图2显示了干燥Jurkat细胞的AFM和iSMM S 11图像的比较。同时,图3比较了盐水溶液中活L6细胞的AFM和iSMM S 21图像。iSMM S 11和S 21信号分别在4 GHz和3.4 GHz下滤波。干燥Jurkat细胞的iSMM S 11图像显示出与AFM相同的质量,而活L6细胞的iSMMS 21显示出由双端口SMM在液体条件下测量的透射系数形成的最佳质量。在这项工作中,透射模式测量的校准程序[16]应用于干燥L6电池的iSMM S21。图4说明了校准的效果,显示了AFM形貌图像、被样品形貌破坏的iSMM S21电容图像以及在6.2 GHz下去除了干燥L6电池的形貌效应的iSMM S 21介电常数图像。正如预期的那样,在干燥电池的外围附近出现了脊,但整个电池的介电常数为2.8±0.7。本质上,该值与电解质溶液中脂质双层的值相当[17],但低于干燥大肠杆菌的值[18]。随后,对干燥的Jurkat细胞进行了iSMM反射模式测量的定量表征[19]。图3:盐水溶液中活L6细胞的同时(A)AFM和(B)iSMM|S21|图像。图4:干燥的L6电池的(A)AFM形貌、(B)iSMM|S21|电容和(V)iSMM| S21|介电常数图像。图5:(A)AFM形貌,(B)iSMM|S11|,(C)iSMMφ11,和(D)干燥Jurkat电池的介电常数图像。图6:(A)AFM形貌,(B)iSMM|S11|,(C)iSMM| S21|,(D)时间门控iSMM|S 11|,和(E) 葡萄糖等渗溶液中相同线粒体的时间门控iSMM|S21|图像。图5显示了AFM形貌、原始iSMM S11的大小以及在4GHz下同时获得的相位。该图显示了带样品和不带样品的区域之间的良好对比,揭示了与表面和亚表面区域中不同的电特性相关的其他特性。按照已经描述的算法校准原始iSMM S11图像[20]。图5(D)显示了干燥的Jurkat电池的提取介电常数图像,其约为2.6±0.3,并且在电池上均匀。该值与传统SMM在干燥的L6细胞上获得的先前数据一致[21]。生活环境中线粒体的iSMM表征iSMM的最新工作是在完全浸入液体中的线粒体上进行的,以非接触模式操作,最大限度地减少了对样品的损伤[22]。图6(A)、图6(B)和图6(C)显示了AFM形貌图像,其中iSMM图像S11和S21在直径约为1µm的同一线粒体上同时采集。在1.6-1.8GHz的频带上对iSMM信号进行滤波和平均。显然,|S11|和|S21|图像质量相当,并且都揭示了AFM图像中不存在的细节。由于线粒体是不导电的,所以从周围的CPW电极可以很容易地看到对比。与大多数SMM不同,iSMM能够进行宽带测量。因此,它使iSMM从1.6GHz到1.8GHz测量的S11和S21信号能够通过傅里叶逆变换变换到时域。随后,可以门控掉不需要的信号,以进一步提高SNR[13,20]。最后,图6(D)和图6(E)显示了时间门控iSMM S11和S21图像,显示了更精细的细节。iSMM探针和线粒体之间的相互作用阻抗可以从S11和S21测量中获得。反过来,可以提取线粒体介电性质的局部变化,正如SMM对活细胞所做的那样[3]。总结iSMM能够对生物样本的细胞内结构进行无创和无标记成像。iSMM可以通过任何现有的扫描探针技术轻松获得,只需使用合适的样品夹,为大多数实验室提供了利用该技术的机会。Jurkat细胞、L6细胞和线粒体的iSMM图像显示出良好的灵敏度和质量,显示了AFM形貌中无法看到的细节。通过实施为传统SMM开发的校准算法,分别对干燥的Jurkat细胞和L6细胞进行透射和反射模式测量的定量表征。Jurkat细胞的介电常数被确定为约2.6±0.3,而L6细胞显示为约2.8±0.7。时域分析定性地改进了iSMM,并提供了对样品(如线粒体)的更多了解。致谢我们要感谢我们的研究小组和所有为本报告的科学结果做出贡献的人。这项工作的一部分获得了欧洲项目“纳米材料实现下一代物联网智能能源收集”(NANO-EH)(第951761号赠款协议)(FETPROACT-EIC-05-2019)的资助。我们还要感谢来自意大利SOMACIS的Francesco Bigelli博士和Paolo Scalmati博士在实现样品架原型方面的帮助。附属机构:1 Department of Information Engineering, Marche Polytechnic University, Ancona, Italy联系;Prof. Dr. Marco Farina Department of Information Engineering Marche Polytechnic University Ancona, Italy m.farina@staff.univpm.it 参考文献:https://bit.ly/IM-Farina 原载:Imaging & Microscopy 4/2022. Inverted Scanning Microwave Microscopy—— Application and Perspective on Biological Samples供稿:符 斌,北京中实国金国际实验室能力验证研究有限公司
  • 高鸿钧院士团队成果:多探针扫描隧道显微镜分时复用切换技术
    科学仪器的发展,不断促进对新材料的探索,从而直接或间接影响各科技领域的方方面面。工欲善其事必先利其器,深化与落实科学仪器的自主研发,更是科技攻关的桥头堡。扫描隧道显微镜(STM),及一系列扫描探针显微镜(SPM) :原子力显微镜(AFM)、扫描近场光学显微镜(SNOM) 等,掀起一场纳米技术革命,广泛应用于材料表面纳米尺度局域电子态、形貌以及分子振动等丰富物性的研究。电输运性质作为材料的关键参数,被广泛关注。集成多个独立STM的多探针STM系统,通过施加电/力等调控手段,实现纳米尺度、原位表征材料局域电子态与局域电输运性质,有望加速后摩尔时代新器件的基础研究。四探针 STM 可实现微观体系的四端法测量,有效消除接触电阻带来的测量误差,获得材料的本征电导率。多个独立探针的协同操纵和成像,往往需要相同数量的多套STM控制系统。随着STM探针/压电驱动部件的增加,多探针控制系统的成本和复杂度急剧增加。因此,发展低成本、高效率、可扩展的通用控制解决方案,实现STM控制系统分时操纵多个探针、乃至探针阵列的技术十分必要。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心高鸿钧研究团队多年来一直致力于扫描探针显微学及其在低维量子结构方面的应用,在前沿科学研究取得一系列重要成果。同时,他们也在相关高精尖仪器自主研制方面不断积累,奠定了扎实的基础。物理所技术部郇庆/刘利团队一直致力于科研仪器设备的自主研发,与所内外多个课题组紧密合作,在核心关键部件、成套系统等方面取得了一系列成果(包括一台商业化四探针系统的彻底升级改造【Review of Scientific Instruments, 88(6):063704, 2017】、光学-低温扫描探针显微镜超高真空联合系统【Review of Scientific Instruments 89, 113705 (2018)】和新一代高通量薄膜制备及原位表征系统【Review of Scientific Instruments 91, 013904 (2020)】的自主研制)。两个团队再次密切合作、联合攻关,共同指导N04组博士生严佳浩(已毕业,爱尔兰科克大学博士后)、马佳俊、王爱伟(已毕业,国家纳米中心博士后)、马瑞松(已毕业,物理所关键技术人才)等同学成功研制并搭建了一台多探针STM分时复用切换系统,完成单个STM控制系统依次操纵多个探针在纳米尺度下的成像与定位,以及维持探针位置后的局域电输运测量。该系统采用的核心思路为研发团队首次提出,软硬件均完全自主研发,采用了ARM + DSP + FPGA多核数字平台来兼备复杂切换逻辑、多路高精度高速并行采样与数据处理,涉及C/C++与Verilog HDL编程语言,并提供图形操作界面以提高易操作性,具备多项独特优点:1)单个探针内大、小扫描管及多个探针间的无缝切换,无瞬态抖动;2)皮安级电流切换;3)任意单个探针具备毫米级移动范围与原子级空间分辨;4)多个探针可无限靠近,最小距离仅取决于针尖曲率半径;5)原位、纳米尺度、相同区域内,STM成像与电输运测量。该联合研发团队用6年多时间对系统进行了反复地设计优化和改进,并进行了全面性能测试。该研发成果所涉及的多项关键技术,如微弱信号的放大与切换、高稳定电压保持、复杂控制逻辑等,是未来大规模探针阵列应用的重要技术基础。分时切换的核心思路具有可扩展性强、成本低廉的特点,有望在材料基因组研究高通量表征领域有广泛的应用。该系统的详细介绍发表在近期的《科学仪器评论》杂志上【Review of Scientific Instruments 92, 103702 (2021) doi: 10.1063/5.0056634】。该工作得到了中国科学院关键技术研发团队项目(GJJSTD20200005)、国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目(11927808)和国家自然科学基金委青年基金项目(12004417)等的支持。图1:分时复用切换方案图2:分时复用系统硬件设计图3:分时复用切换系统软件架构图4:分时复用切换系统部分图形用户界面图5:单STM探针空间定位图6: 多探针切换与空间定位附:Rev. Sci. Instrum. 92, 103702 (2021).pdf
  • 中科院研发太赫兹扫描隧道显微镜
    ▲图 | 太赫兹扫描隧道显微镜系统(来源:资料图)太赫兹,是介于远红外和微波之间的电磁波,具有光子能量低、穿透性好等特点,在高速无线通信、光谱学、无损伤成像检测和学科交叉等领域具备广泛应用前景,被誉为“改变未来世界的十大技术”之一。简单来看,太赫兹扫描隧道显微镜系统就是一个超快摄影机,只不过它要观察和拍摄的对象是分子和原子世界,并且拍摄的帧率在亚皮秒量级。对于非线性太赫兹科学来说,控制太赫兹脉冲的“载波包络相位”,即激光脉冲的载波与包络之间的关系至关重要,特别是用于超快太赫兹扫描隧道显微镜时。太赫兹载波包络相位移相器的设计和实现,在利用太赫兹脉冲控制分子定向、高次谐波生成、阈上电离、太赫兹波前整形等领域,均具备潜在应用价值。(来源:Advanced Optical Materials)1. 为调控太赫兹的载波包络相位提供新方案据介绍,王天武在中科院空天信息研究院(广州园区)-广东大湾区空天信息研究院担任主任和研究员等职务,研究方向为太赫兹技术。目前,其主要负责大湾区研究院的太赫兹科研队伍建设。该研究要解决的问题在于,常规探测手段只能得到静态的原子形貌图像,无法观察物质受到激发,例如经过激光辐照后的动态弛豫过程图像,即无法观察到激子的形成、俄歇复合、载流子谷间散射等过程,而这些机理的研究,对于凝聚态物理学包括产业化应用都非常重要。原因在于,这些动力学过程发生的时间尺度,往往都在皮秒量级,即万亿分之一秒的时间,任何普通调控手段均无法达到这一时间量级。利用飞秒脉冲激光技术,能显著提高扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,STM)这一扫描探针显微术工具的时间分辨率。但是,目前仍受到多种因素的限制,比如样品和针尖制备困难、针尖的电容耦合效应、脉冲光引起的热膨胀效应等。太赫兹的脉冲宽度位于亚皮秒尺度,其电场分量可被看作一个在很宽范围内、连续可调的交流电流源。因此,将太赫兹电场脉冲与 STM 结合,利用其瞬态电场,即可作用于扫描针尖和样品之间的空隙,从而产生隧穿电流进行扫描成像,能同时实现原子级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率。如前所述,太赫兹扫描隧道显微镜系统好比一个超快摄影机。但是,太赫兹电场脉冲和 STM 的实际结合过程,却并非那么简单,中间要攻克诸多难题。其中一个最基础的重要难题,在于太赫兹源的相位调控技术。太赫兹扫描隧道显微镜系统是利用太赫兹激发针尖尖端和样品之间的空隙,来产生隧穿电流并进行采样。不同相位太赫兹源的电场方向不一样,这样一来所激发的隧穿电流的方向亦不相同。根据不同样品施加不同相位的太赫兹源,可以更好地匹配样品,进而发挥系统性能优势,借此得到高质量光谱。因此,通过简单高效的途径,就能控制太赫兹脉冲的载波包络相位,借此实现对于隧道结中近场太赫兹时间波形的主动控制,同时这也是发展超快原子级分辨技术的必备阶段。通常,超短脉冲的载波包络相位,必须通过反馈技术来稳定。除少数例子外,比如用双色场激光等离子体产生的太赫兹辐射源,大多数商业化设备产生的太赫兹脉冲的载波包络相位都是锁定的,例如人们常用的光整流技术生成的太赫兹脉冲。多个太赫兹偏振元件组成的复杂装置,可用于控制太赫兹脉冲的载波包络相位。然而,鉴于菲涅耳反射带来的损耗,致使其插入损耗很大,故无法被广泛应用。另外,在太赫兹波段,大部分天然材料的色散响应较弱、双折射系数较小,很难被设计成相应的载波包络相位控制器件,因此无法用于具有宽频率成分的太赫兹脉冲。与天然材料相比,超材料是一种由亚波长结构衍生而来的、具有特殊光学特性的人工材料,其对电磁波的色散响应和双折射系数,均可进行人为定制。虽然超材料技术发展迅猛。但是,由于近单周期太赫兹脉冲的宽带特性,利用超材料对太赫兹脉冲的载波包络相位进行控制,仍是一件难事。为解决这一难题,王天武用超材料制备出一款芯片——即柔性太赫兹载波包络移相器,专门用于控制太赫兹脉冲的载波包络相位。该芯片由不同结构的超材料阵列组成,可在亚波长厚度和不改变太赫兹电场极化的情况下,实现对太赫兹载波包络相位的消色差可控相移,其对太赫兹脉冲的载波包络相位的相移调制深度高达 2π。相比传统的太赫兹载波包络相位移相器,该移相器具有超薄、柔性、低插损、易于安装和操作等优点,有望成为太赫兹扫描隧道显微镜系统的核心部件。近日,相关论文以《基于超材料的柔性太赫兹载波环移相器》(Flexible THz Carrier-Envelope Phase Shifter Based on Metamaterials)为题发表在 Advanced Optical Materials 上,李彤和全保刚分别担任第一和第二作者,王天武和空天信息创新研究院方广有研究员担任共同通讯作者。▲图 | 相关论文(来源:Advanced Optical Materials)审稿人认为:“此研究非常有趣、简明扼要,研究团队完成了一套完备的工作体系。该芯片的设计和实现,为调控太赫兹的载波包络相位提供了新的解决方案。”2. 建立国际领先的太赫兹科学实验平台据介绍,王天武所在的研究院,围绕制约人类利用太赫兹频谱资源的主要科学问题和技术瓶颈,致力于形成一批引领国际的原创性理论方法和太赫兹核心器件技术,以建立国际领先的太赫兹科学实验平台。他说:“太赫兹扫描隧道显微镜是我们院的一大特色,该设备摒弃了此前施加电压的方式,以太赫兹为激发源,去激发探针尖端和样品之间的间隙,从而产生隧穿电流并进行成像。相关技术在国内属于首创,在国际上也处于领先水平。”在诸多要克服的困难中,太赫兹载波包络相位的调制便是其中之一。入射太赫兹的相位大小对激发的隧穿电流的幅值、相位等信息影响甚大,是提高设备时间和空间分辨率必须要解决的重要问题之一。由于设备腔体比较长,并且腔体内部为高真空环境,与外界空气是隔绝的。传统的太赫兹相位改变方式比较难以实现,因此需要研发新型的相位调制器件。而该课题立项的初衷,正是希望找到一种结构简单、但是对太赫兹载波包络相位调制效率高的方法和装置,以便更好地服务于太赫兹扫描隧道显微镜系统。在文献调研的初始阶段,该团队商定使用超材料来制作太赫兹相位调制器。具体来说,其利用特定的金属分裂环谐振器的几何相位、以及共振相位,来控制太赫兹脉冲的载波包络相位值。之所以选择金属分裂环谐振器作为基本相控单元,是因为在一定条件下,它对太赫兹具有宽谱响应。当任意方向的线偏振波与谐振器耦合时,入射电场分量可映射到平行于谐振器对称轴和垂直于谐振器对称轴,借此可以激发谐振器的对称本征模和反对称本征模。此时,通过改变金属分裂环谐振器的几何相位和共振相位,散射场的某一偏振分量的电场相位会相应延迟,大小可以轻松覆盖 0-2π。但是,由于存在电偶极子的双向辐射,导致金属分裂环谐振器存在明显的反射和偏振损耗。为此,课题组引入了一对正交的定向光栅,利用多光束干涉的方式解决了谐振器插入损耗大的问题。随之而来的另一难题是,由于正交光栅的存在,导致入射波和透射波之间的电场偏振始终是垂直的,在太赫兹扫描隧道显微镜系统的工作中,这是不被允许的。好在样品均是由互易材料制成的,于是这一问题很快迎刃而解。随后,该团队采用常规紫外光刻、电子束沉积以及聚酰亚胺薄膜上的剥离技术,制备出相关样品,并利用太赫兹时域光谱系统,对所制备的样品性能进行表征。当入射的太赫兹脉冲,依次被样品中不同的微结构阵列调制时,研究人员通过太赫兹时域光谱测量,清晰观察到了太赫兹脉冲的时间波形的变化,且与仿真结果十分吻合。此外,课题组还在广角入射和大样品形变时,验证了该样品的鲁棒性。总而言之,该成果为宽带太赫兹载波包络相位的控制,提供了一种新型解决方案,并在不改变太赫兹电场极化的情况下,利用“超材料”在亚波长厚度的尺度上,实现了针对宽带太赫兹载波包络相位的消色差可控相移。关于这一部分成果的相关论文,也已发表在《先进光学材料》期刊。(来源:Advanced Optical Materials)据介绍,此次芯片能把太赫兹的相位最高移动至 2π 大小,并且具有大的光入射角度和良好的柔韧性等优点,在太赫兹扫描隧道显微镜系统,以及其他相关领域有较高的应用价值。但是,该芯片目前仍存在一个缺点,即无法做到太赫兹载波包络相位的连续调制。这是由于,采用的金属分裂环谐振器是单次加工制成的,所能调制的几何相位和共振相位已经确定,无法再被人为改变。因此,使用过程中只能通过加工特定结构的芯片,来实现所需相位的调制。未来,该团队打算将当下比较热门的二维材料、相变材料、液晶材料等材料集成到芯片中,这些材料的优势在于光学性能可被人为改变。同时,其还将综合电、光、热等手段,实现金属分裂环谐振器几何和共振相位的主动控制,从而实现对太赫兹脉冲的连续载波包络相位调制。此外,课题组也会继续优化微加工工艺和原料制备流程,进一步提升芯片的综合性能指标,比如器件的低插入损耗、高工作带宽等,同时也将降低制造成本,以便后续的产业化推广。
  • 洞察2022:中国扫描电子显微镜行业竞争格局及市场份额
    1、扫描电子显微镜行业竞争派系扫描电子显微镜是一种用于高分辨率微区形貌分析的大型精密仪器,其具有景深大、分辨率高, 成像直观、立体感强、放大倍数范围宽以及待测样品可在三维空间内进行旋转和倾斜等特点。因为较高的技术壁垒,我国目前扫描电子显微镜的生产企业不多,其主要有中科科仪、聚束科技、国仪量子、泽攸科技和善时仪器等。这些企业均未上市。中国扫描电子显微镜市场的参与者主要分为两大派系:国内企业和海外厂商。其中,由于国内扫描电子显微镜行业起步较晚,海外厂商在扫描电子显微镜产品相关技术方面相较国内企业具有较大优势,因而整体的竞争实力也较国内企业更强。2、扫描电子显微镜行业市场份额与市场集中度由于国内扫描电子显微镜的技术水平与国际先进水平有一定差距,中国的扫描电子显微镜行业市场主要被海外知名扫描电子显微镜生产企业所占据。市场集中度较高,CR4在75%以上。目前,在中国扫描电子显微镜市场较为活跃的海外厂商主要有赛默飞、蔡司、日立、日本电子等,其主要专注于应用在科学研究的中高端扫描电子显微镜。国内的扫描电子显微镜生产厂商较少,主要为中科科仪、聚束科技、国仪量子、泽攸科技等,其中,除中科科仪外,其他厂商均是近5年才成为中国扫描电子显微镜行业市场的参与者。从具体份额来看,我国扫描电子显微镜需求量的90%左右均被海外厂商覆盖,其中蔡司、赛默飞(含飞纳)、日立这三家企业的市场份额均在20%左右。国内厂商在市场份额方面能够与海外厂商竞争的仅有中科科仪一家企业,其市场份额占到了全国扫描电子显微镜市场的7%左右。但随着我国对重大科学仪器国产化替代的重视程度不断提升,各项推动科学仪器国产化替代的政策层出不穷,使得国产化替代趋势不断兴起,以中科科仪为代表的中国扫描电子显微镜企业在中国市场的市场份额仍在不断提升。3、扫描电子显微镜行业企业布局及竞争力评价在扫描电子显微镜产品布局方面,海外厂商均已经应用了场发射电子枪技术,而我国除中科科仪和聚束科技外的其他品牌仍停留在分辨率和放大倍数较为逊色的钨灯丝扫描电镜阶段。此外,按国内扫描电子显微镜产品招投标的情况来看,受产品技术先进性影响,海外厂商扫描电子显微镜产品的平均价格也明显高于国内品牌。前瞻产业研究院挑选了中科科仪、聚束科技、国仪量子、泽攸科技、善时仪器这五家中国扫描电子显微镜行业企业作为代表,并对其较具代表性的扫描电子显微镜进行了参数对比。通过性能对比发现,中科科仪扫描电子显微镜技术成熟度处于国内前列。但将中科科仪、聚束科技和蔡司、日立、日本电子、赛默飞等四家海外知名企业的扫描电子显微镜产品进行参数对比,其在分辨率和电子光学放大倍数方面仍然落后于国外先进厂商。综合来看,我国扫描电子显微镜行业企业的产品研发水平仍需提高。4、扫描电子显微镜行业竞争状态总结从五力竞争模型角度分析,我国扫描电子显微镜行业企业数量较少,海外厂商占主导地位且市场集中度较高,现有竞争者之间的竞争激烈程度较高 同时,由于扫描电子显微镜产品的特殊性,单次采购量有限,且往往需要定制,故其无法批量采购,上游议价能力较强 其下游又多是高校与研究院所,其对扫描电子显微镜的要求较高,多倾向于购置海外厂商的高分辨率产品,对国产扫描电子显微镜的议价能力较强 但扫描电子显微镜行业壁垒较高,替代品较少,行业潜在进入者威胁和替代品风险较低。综合来看,我国扫描电子显微镜行业竞争状态总结如下:
  • 科学家开发出一种多功能近场显微镜平台,可在高磁场和液氦温度以下工作
    重大的科学突破往往是由新技术和仪器实现的。一种新型的近场光学显微镜,在极端温度和磁场下具有高分辨率成像,可以为量子计算技术和拓扑研究做到这一点。Kim等人提出了一种sub-2开尔文低温磁赫兹散射型扫描近场光学显微镜(cm-THz-sSNOM)。太赫兹sSNOM成像使用照射在小金属尖端上的300微米波长光在纳米尺度上绘制材料,允许以深亚波长,20纳米空间精度测量局部材料特性 - 比所用光的波长小15,000倍。经过几年的努力,研究人员能够展示出一种改进的sSNOM平台,该平台在极端操作条件下具有无与伦比的分辨率能力。“我们在空间,时间和能量方面提高了分辨率,”作者Jigang Wang说。“我们还同时改进了在极低温度和高磁场下的操作。显微镜是通过测量超导体和拓扑半金属来展示的。结果显示了在1特斯拉磁场中9.5开尔文的第一个高分辨率sSNOM图像。显微镜可以帮助开发具有更长相干时间的新量子比特 - 目前受到材料和界面缺陷的限制 - 并提高对拓扑材料基本性质的理解。“重要的是成像到十亿分之一米,千万亿分之一秒和每秒数万亿个光波,以便能够选择更好的材料并指导量子和拓扑电路的制造,”王说。尽管显微镜已经展示了破纪录的测量结果,但研究人员的目标是通过提高灵敏度并使SUV大小的显微镜更加用户友好来进一步改进仪器。相关文章:“A sub-2 kelvin cryogenic magneto-terahertz scattering-type scanning near-field optical microscope (cm-THz-sSNOM),” by R. H. J. Kim, J.-M. Park, S. J. Haeuser, L. Luo, and J. Wang, Review of Scientific Instruments (2023). The article can be accessed at https://doi.org/10.1063/5.0130680.文章展示了研究人员开发的一种多功能近场显微镜平台,可以在高磁场和液氦温度以下工作。研究人员使用该平台演示了极端太赫兹(THz)纳米显微镜的操作,并在低至1.8 K的温度、高达5 T的磁场和0–2 THz的操作下获得了第一个低温磁太赫兹时域纳米光谱/成像。低温磁太赫兹散射型扫描近场光学显微镜(或cm THz-sSNOM)仪器由三个主要设备组成:(i)带有定制插件的5T分对磁低温恒温器,(ii)能够接受超快THz激发的定制sSNOM仪器,以及(iii)MHz重复率,用于宽带太赫兹脉冲产生和灵敏检测的飞秒激光放大器。应用cm THz sSNOM来获得超导体和拓扑半金属的原理测量证明。这些新能力为研究需要极端低温操作环境和/或在纳米空间、飞秒时间和太赫兹能量尺度上施加磁场的量子材料提供了突破。
  • QD中国建成高分辨率散射型近场光学显微镜(NeaSNOM)样机实验室
    2016年6月30日,Quantum Design中国子公司引进德国Neaspec公司的高分辨率散射型近场光学显微镜(NeaSNOM)样机并完成安装测试。该样机实验室可对相关领域科学研究工作者提供真机体验服务,欢迎广大学者拨打010-85120280,或者致信neaspec@qd-china.com预约体验。Quantum Design中国子公司NeaSNOM近场光学显微镜样机实验室 Neaspec公司的NeaSNOM系统是市场一款散射型扫描近场光学显微镜。其化的散射式核心设计技术,打破了传统光学显微镜对入射激光波长的依赖限制,大的提高了光学分辨率,在可见、红外和太赫兹光谱范围内实现了空间分辨率优于10nm的光谱和近场光学图像的测量。NeaSNOM系统中化的照射、收集模块,确保了近场光学显微镜和谱图的可靠性和可重复性,使其成为了纳米光学领域等离子激元、FTIR和太赫兹等热点方向的科研设备。 NeaSNOM 典型应用案例: 1. 纳米结构等离子激元(Plasmonic)研究 2. Nano-FTIR对纳米结构不同材料组分分析 3. 太赫兹对单个晶体管中载体浓度分布成像 更多信息请点击:http://www.instrument.com.cn/netshow/C170040.htm 相关产品: 纳米傅里叶红外光谱仪 Nano-FTIR---具有10nm空间分辨率的纳米红外光谱仪
  • 南方科技大学400万元购买1套低温散射式近场光学显微镜,仅限国产
    8月25日,南方科技大学公开招标购买1套低温散射式近场光学显微镜,预算400万元,仅限国产。  项目编号:SZDL2021339837(0868-2142ZD1010H-D)  项目名称:低温散射式近场光学显微镜(二次招标)  预算金额:400.0000000 万元(人民币)  最高限价(如有):400.0000000 万元(人民币)  采购需求:序号货物名称数量单位备注1扫描近场光学显微成像系统1套拒绝进口2闭循环低温系统1套拒绝进口3超高真空腔体及泵组1套拒绝进口  合同履行期限:签订合同后 180 天(日历日)内交货  本项目( 不接受 )联合体投标。  开标时间:2021年09月07日 14点30分(北京时间)
  • 成果速递 | 超高分辨散射式近场光学显微镜在超快研究领域最新应用进展
    近年来,范德瓦尔斯(vdW)材料中的表面化激元(SP)研究,例如等离化激元、声子化激元、激子化激元以及其他形式化激元等,受到了广大科研工作者的关注,成为了低维材料领域纳米光学研究的热点。其中,范德瓦尔斯原子层状晶体存在特的激子化激元,可诱导可见光到太赫兹广阔电磁频谱范围内的光学波导。同时,具有较强的激子共振可以实现非热刺激(包括静电门控和光激发)的光波导调控。 前期的众多研究工作表明,扫描近场光学显微镜(SNOM)已经被广泛用于稳态波导的可视化表征,非常适合评估范德瓦尔斯半导体的各向异性和介电张量。 如上所述,范德瓦尔斯材料中具有异常强烈的激子共振,这些激子共振能产生吸收和折射光谱特征,这些特征同样被编码在波导模式的复波矢量qr中,鉴于范德瓦尔斯半导体在近红外和可见光范围内对ab-平面的光学化率有重大影响,因此引起了人们的研究兴趣。 2020年7月,美国哥伦比亚大学Aaron J. Sternbach和D.N. Basov教授等研究者在Nature Communications上发表了题为:”Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides”的研究文章。研究者以范德瓦尔斯半导体中的WSe2材料为例,利用德国neaspec公司的纳米空间分辨超快光谱和成像系统,通过飞秒激光激发研究了WSe2材料中光波导在空间和时间中的电场分布,并成功提取了飞秒光激发后光学常数的时间演化关系。同时,研究者也通过监视波导模式的相速度,探测了WSe2材料中受激非相干的A-exciton漂白和相干的光学斯塔克(Stark)位移。 原文导读: ① 在纳米空间分辨超快光谱和成像(tr-SNOM)实验中(图1,a),研究者先将Probe探测光(蓝色)照到原子力显微镜(AFM)探针的点上,从探针点(光束A)散射回的光被离轴抛物面镜(OAPM)收集并发送到检测器。同时,WSe2材料的中的波导被激发并传播到样品边缘后,进而波导被散射到自由空间(光束B)。二个Pump泵通道(红色)可均匀地扰动样本并改变波导的传播。 通过在WSe2/SiO2界面处的近场tr-SNOM的振幅图像(图1b)可明显观察到约120 nm厚WSe2材料边缘(白色虚线)处形成的特征周期条纹—光波导电场分布。研究者进一步通过定量分析数据,分别获取了稳态和光激发态下,WSe2中波导的光波导的相速度q1,r和q1,p。图1:纳米空间分辨超快光谱和成像系统对WSe2材料中光波导的纳米成像结果。a:实验示意图(蓝色为Probe光,红色为Pump光);b:近场纳米光学成像 c: 在稳态下,WSe2边缘的近场光学振幅图像;d: 光激发态下,延迟时间 Δt=1ps的WSe2边缘的近场光学振幅图像;e: 分别对c、d进行截面分析,获取定量数据。Probe探测能量,E=1.45 eV ② 研究者通过变化Probe探测能量范围(1.46–1.70 eV)及其理论计算成功获取了WSe2晶体稳态下的色散关系和理论数据显示A-exciton所对应的能量。图2:WSe2晶体稳态动力学的时空纳米成像研究。a: 不同Probe能量的近场光学振幅;b: 傅里叶变换(FT)分析 c: Lorentz拟合的WSe2块体材料介电常数面内组成;d: 基于Lorentz模型理论计算的能量动量分布(吸收光谱)。Probe探测能量,E 1.46–1.70 eV。 ③ 为了进一步研究光激发下WSe2中波导的色散和动力学,研究者进一步在90 nm的WSe2材料上,通过探测能量E = 1.61 eV,泵浦能量E = 1.56 eV,泵浦功率1.5 mW的实验条件进行了一列的纳米空间分辨超快光谱和理论研究。研究结果表明(图3a,b),研究者成功获取到了不同延迟时间Δt与δq2和δq1的关系。结果表明:光激发后的个ps内,虚部q2(图3a)突然下降(δq20)并迅速恢复。另一方面,理论计算结果(图3,c)显示了在A-exciton附近(黑色虚线箭头),初始能量Ex处,稳态(黑色虚线)和激发态A-exciton能量Ex’(蓝色箭头)分别的色散关系。 为了弄清各种瞬态机制,微分色散关系被研究者引入。先,研究者定义了微分关系:δqj=qj,p – qj,r,(j=1,2 分别代表波矢的实部和虚部,p, pump激发态,r 稳态)。研究者的理论及实验微分色散关系结果(图3 d、e)成功显示了光诱导转变中A-exciton的动力学行为。结果表明:A-exciton附近微分色散的特征是由两个伴随效应引起的:(i)仅在Δt=0时观察到的A-exciton的7 meV蓝移; (ii)A-exciton的漂白(定义为光谱频谱展宽和/或振荡强度降低(见图3d)。 趋势(i)在1 ps内恢复,与抑制耗散的动力学一致(图3a)。因此,研究者得出结论,A-exciton共振的瞬态蓝移是由于相干的光诱导过程所引起。 趋势(ii)持续时间更长,因此归因于非相干激子动力学。图3:WSe2中波导模的微分色散和动力学研究。a: δq2与Δt曲线;b: δq1与Δt曲线 c: 平衡和非平衡条件下洛伦兹模型计算的色散关系;d: 理论微分色散关系;e: 实验微分色散关系 综上所述,波导的瞬态纳米超快成像使我们能够以亚皮秒(ps)时间分辨率来量化光诱导变化的WSe2光学特性。研究者在WSe2上成功观察到了光诱导相速度的大幅变化,这表明所观察到的效应可能在范德瓦尔斯半导体中普遍存在。此外,研究者的研究结果表明,我们可以按需调谐范德瓦尔斯半导体的光学双折射行为。另一方面,研究者的工作开创性地发展了利用tr-SNOM探测超快激子动力学的工作,并为利用波导作为定量光谱学工具研究纳米光诱导动力学铺平了道路。研究者认为这种超快泵浦探测方法的高空间和时间分辨率,可能同样适用于新奇拓扑材料中的边缘模式和边缘效应的研究。 neaspec公司利用十数年在近场及纳米红外领域的技术积累,开发出的全新纳米空间分辨超快光谱和成像系统,其Pump激发光可兼容可见到近红外的多组激光器,Probe探测光可选红外(650-2200 cm-1)或太赫兹(0.5-2 T)波段,实现了在超高空间分辨(20 nm)和超高时间分辨(50 fs)上对被测物质的同时表征,可广泛用于二维拓扑材料、范德瓦尔斯(vdW)材料、量子材料的超快动力学研究。 参考文献:[1]. Aaron J. Sternbach et.al. Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides, Nature Communications , 11, 3567 (2020).
  • 扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SP
    什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类,目前,SPM家族中已经产生了二三十种显微镜,如扫描隧道显微镜STM)、原子 (力显微镜(AFM)、磁力显微镜(MFM)、静电力显微镜(EFM)、近场光学显微镜(SNOM)等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性,通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性,不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。   扫描隧道显微镜模块:   STM(Scanning Tunneling Microscope的简称)的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时(小于1nm),控制探针在样品表面进行逐行扫描,检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流,所以只能检测导电 样品。   什么是原子力显微镜(Atomic Force Microscope -- AFM)? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描,当探针在与样品非 常接近时(小于1nm),由于两者间原子的相互作用力,使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转,再 通过光杠杆作用将微小偏转放大,用四象限光电探测器检测,以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同,有多种不同的工作模式,适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求,应用范围十分广泛,弥补了STM只能观察导电样品的不足。   原子力显微镜基础模块:   该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式:微悬臂探针紧压样品表面,扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高,但成像针对样品作用力较大,容易对样品表面形 测表 成划痕,或将样品碎片吸附在针尖上,适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式:是接触模式的扩展技术,针尖压在样品表面扫描时,与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲,通过检测这种扭 曲,获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块:   该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式:在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态,样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化,从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下,针尖随着悬臂的振荡,极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ,因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失,适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品,但分辨率接触模式低。 相移模式:是轻敲模式的扩展技术,通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多,如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式,可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式:(选配)配有液体池,工作时探针和样品都在液体环境中, 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块:   原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多,主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等,因此,如果能够基本确定其它因素,利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量,进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下(10^-7&mdash 10^-9N)薄膜材料的摩擦学特性,通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定,能够获取微观摩擦系数,为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描,可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角,以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差;通过设定正压力的变化范围,可以连续改变正压力, 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程,而且系统状态变化很小, 使得测量更准确;由于有4通道同步采集,在所有的力测量过程中,我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力,可以准确 分析针尖的状态,为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。   磁力/静电力显微镜模块:   抬起模式:该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样,在探针与样品间 距1nm以内成像,然后,将探针抬起并一直保持相同距离,进行第二次扫描,该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测,如磁力或静电力。 磁力显微镜(Magnetic Force Microscope -- MFM):控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像,获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜(Electrostatic Force Microscope -- EFM): 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式二次成像,获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。   扫描探针声学显微镜模块: 扫描探针声学显微镜(SPAM,Scanning Probe Acoustic Microscope)是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合,采用声学成像模式,借用声波记录下物质的内部模样,建立了低频(30kHz)高分 辨率(~10nm)扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测,克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止,反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。   样品定位辅助模块:   该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统:在计算机上成像,用于观察探针和样 品,放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台:计算机自动控制,配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm,单步移动步长最小 85nm。   纳米加工模块:   SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一,常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动, 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用,就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件,然后进行刻蚀。 使用这种方法,线条连续,刻蚀速度快,但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象,在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量,与原图像几乎不失真,但刻蚀速度慢,线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。   SPM通用平台开放式开发系统模块:   SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台,简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块,就需要购买开发系 统。目前,离线软件开发模板我们都免费赠送,鼓励用户亲自开发,或者提出详细要求和算法,委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件,这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然,您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ,然后提出IDEA,由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后,您可以选型了,我们为了您搭建了四种机型,它们的外形都基本 一样,那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZL STM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块         原子力显微镜 基础模块         原子力 显微镜 专业模块         摩擦力 显微镜模块     可选配    磁力/静电力 显微镜模块         样品定位 铺助模块   可选配     纳米 加工 模块   可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统     可选配 可选配 扫描探针 声学模块     可选配 可选配 各功能模块介绍摘要: 1.扫描隧道显微镜只能检测 导电样品,因其有样品的局限性,所以通常作为教学仪器。 2.原子力显微镜对样品没有导电性的要求,应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式;AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3.接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4.横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5.轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品,但分辨率比接 触模式较低。 6.相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7.磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8.静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9.样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10.纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11.如需开发特殊功能SPM,需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含                     1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个       1套 软件 系统   在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件         网络实验室远程控制软件       培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘   附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm   20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针(进口)   10枚 AFM轻敲/相移模式探针(进口)       10枚 MFM磁力探针(进口)         5枚 EFM导电探针(进口) 5枚 专用工具(镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等) 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台     纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统       什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类,目前,SPM家族中已经产生了二三十种显微镜,如扫描隧道显微镜STM)、原子 (力显微镜(AFM)、磁力显微镜(MFM)、静电力显微镜(EFM)、近场光学显微镜(SNOM)等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性,通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性,不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。   扫描隧道显微镜模块:   STM(Scanning Tunneling Microscope的简称)的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时(小于1nm),控制探针在样品表面进行逐行扫描,检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流,所以只能检测导电 样品。   什么是原子力显微镜(Atomic Force Microscope -- AFM)? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描,当探针在与样品非 常接近时(小于1nm),由于两者间原子的相互作用力,使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转,再 通过光杠杆作用将微小偏转放大,用四象限光电探测器检测,以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同,有多种不同的工作模式,适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求,应用范围十分广泛,弥补了STM只能观察导电样品的不足。   原子力显微镜基础模块:   该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式:微悬臂探针紧压样品表面,扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高,但成像针对样品作用力较大,容易对样品表面形 测表 成划痕,或将样品碎片吸附在针尖上,适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式:是接触模式的扩展技术,针尖压在样品表面扫描时,与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲,通过检测这种扭 曲,获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块:   该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式:在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态,样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化,从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下,针尖随着悬臂的振荡,极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ,因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失,适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品,但分辨率接触模式低。 相移模式:是轻敲模式的扩展技术,通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多,如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式,可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式:(选配)配有液体池,工作时探针和样品都在液体环境中, 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块:   原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多,主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等,因此,如果能够基本确定其它因素,利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量,进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下(10^-7&mdash 10^-9N)薄膜材料的摩擦学特性,通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定,能够获取微观摩擦系数,为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描,可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角,以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差;通过设定正压力的变化范围,可以连续改变正压力, 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程,而且系统状态变化很小, 使得测量更准确;由于有4通道同步采集,在所有的力测量过程中,我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力,可以准确 分析针尖的状态,为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。   磁力/静电力显微镜模块:   抬起模式:该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样,在探针与样品间 距1nm以内成像,然后,将探针抬起并一直保持相同距离,进行第二次扫描,该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测,如磁力或静电力。 磁力显微镜(Magnetic Force Microscope -- MFM):控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像,获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜(Electrostatic Force Microscope -- EFM): 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式二次成像,获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。   扫描探针声学显微镜模块: 扫描探针声学显微镜(SPAM,Scanning Probe Acoustic Microscope)是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合,采用声学成像模式,借用声波记录下物质的内部模样,建立了低频(30kHz)高分 辨率(~10nm)扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测,克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止,反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。   样品定位辅助模块:   该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统:在计算机上成像,用于观察探针和样 品,放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台:计算机自动控制,配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm,单步移动步长最小 85nm。   纳米加工模块:   SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一,常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动, 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用,就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件,然后进行刻蚀。 使用这种方法,线条连续,刻蚀速度快,但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象,在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量,与原图像几乎不失真,但刻蚀速度慢,线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。   SPM通用平台开放式开发系统模块:   SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台,简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块,就需要购买开发系 统。目前,离线软件开发模板我们都免费赠送,鼓励用户亲自开发,或者提出详细要求和算法,委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件,这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然,您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ,然后提出IDEA,由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后,您可以选型了,我们为了您搭建了四种机型,它们的外形都基本 一样,那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZL STM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块         原子力显微镜 基础模块         原子力 显微镜 专业模块         摩擦力 显微镜模块     可选配    磁力/静电力 显微镜模块         样品定位 铺助模块   可选配     纳米 加工 模块   可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统     可选配 可选配 扫描探针 声学模块     可选配 可选配 各功能模块介绍摘要: 1.扫描隧道显微镜只能检测 导电样品,因其有样品的局限性,所以通常作为教学仪器。 2.原子力显微镜对样品没有导电性的要求,应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式;AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3.接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4.横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5.轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品,但分辨率比接 触模式较低。 6.相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7.磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8.静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9.样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10.纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11.如需开发特殊功能SPM,需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含                     1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个       1套 软件 系统   在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件         网络实验室远程控制软件       培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘   附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm   20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针(进口)   10枚 AFM轻敲/相移模式探针(进口)       10枚 MFM磁力探针(进口)         5枚 EFM导电探针(进口) 5枚 专用工具(镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等) 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台     纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统
  • 1150万!全光谱激光扫描共聚焦显微镜、全光谱激光扫描共聚焦显微镜和激光共聚焦显微镜采购项目
    一、项目基本情况项目编号:GXZC2023-J1-001494-JDZB项目名称:超高分辨场发射扫描电子显微镜采购采购方式:竞争性谈判预算金额:275.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):275.0000000 万元(人民币)采购需求:超高分辨场发射扫描电子显微镜1台。如需进一步了解详细内容,详见谈判文件。合同履行期限:自签订合同之日起120个工作日内完成产品安装、调试,通过验收并交付使用。本项目( 不接受 )联合体投标。1.采购人信息名 称:广西师范大学     地址:广西桂林市雁山区雁中路1号        联系方式:辛老师、0773-3696563      2.采购代理机构信息名 称:广西机电设备招标有限公司            地 址:广西桂林市七星区骖鸾路31号湘商大厦603            联系方式:郑雯峪、蒋仕波,0773-3696789转1            3.项目联系方式项目联系人:郑雯峪、蒋仕波电 话:  0773-3696789转1二、项目基本情况项目编号:ZBUSTC-GJ-06项目名称:中国科学技术大学苏州高等研究院全光谱激光扫描共聚焦显微镜采购项目预算金额:365.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):365.0000000 万元(人民币)采购需求:包号货物名称数量主要功能是否允许采购进口产品采购预算1全光谱激光扫描共聚焦显微镜1套主要用来进行组织和细胞中荧光标记的分子和结构检测、荧光强度信号的定量分析、深层组织和细胞成像、亚细胞结构高分辨检测、荧光漂白及恢复实验以及其他生物学应用。是365万元合同履行期限:合同签订后 150 天(国内供货)或者L/C后 150 天(进口免税)本项目( 不接受 )联合体投标。1.采购人信息名 称:中国科学技术大学苏州高等研究院     地址:苏州市独墅湖高教区仁爱路188号        联系方式:秦老师;wangpeng1107@ustc.edu.cn      2.采购代理机构信息名 称:东方国际招标有限责任公司            地 址:北京市海淀区丹棱街1号互联网金融中心20层            联系方式:李雯;王军;郭宇涵;010-68290530;010-68290508            3.项目联系方式项目联系人:李雯;王军;郭宇涵电 话:  010-68290530;010-68290508三、项目基本情况 项目编号:CBNB-20236027G 项目名称:宁波市中医院激光共聚焦显微镜采购项目 预算金额(元):5100000 最高限价(元):5100000 采购需求: 标项名称: 激光共聚焦显微镜 数量: 1 预算金额(元): 5100000 简要规格描述或项目基本概况介绍、用途:包含扫描检测系统、万能分光系统、荧光寿命传感成像分析系统等。详见招标文件。 备注:组成联合体的成员数量不超过2个。 合同履约期限:详见招标文件。 本项目(是)接受联合体投标。1.采购人信息 名 称:宁波市中医院 地 址:宁波市海曙区丽园北路819号(广安路268号) 传 真:/ 项目联系人(询问):郑老师 项目联系方式(询问):0574-87089099 质疑联系人:李老师 质疑联系方式:0574-87089098 2.采购代理机构信息 名 称:宁波中基国际招标有限公司 地 址:宁波市鄞州区天童南路666号中基大厦19楼 传 真:0574-87425373 项目联系人(询问):周旭坤 项目联系方式(询问):0574-87425380 质疑联系人:王莹巧 质疑联系方式:0574-87425583        3.同级政府采购监督管理部门 名 称:宁波市政府采购管理办公室 地 址:宁波市海曙区中山西路19号 传 真:/ 联系人 :李老师 监督投诉电话:0574-89388042
  • 2021年高校成为扫描电子显微镜主要采购主体
    扫描电子显微镜行业主要公司:目前国内扫描电子显微镜行业的公司主要有中科科仪、聚束科技、国仪量子、泽攸科技和善时仪器等。  本文核心数据:扫描电子显微镜市场规模、扫描电子显微镜消费量、扫描电子显微镜细分市场需求规模(按采购主体)  1、需求规模增长较快,2020年增速接近10%  我国扫描电子显微镜行业起步较晚,于1975年方才由中国科学仪器厂(中科科仪股份有限公司前身)研制出首台扫描电子显微镜。但我国对于科研创新重视程度较高,由于扫描电子显微镜在各科研领域的物质微观形貌表征观察方面应用较为广泛,故其市场需求仍在稳步增长。  结合全球扫描电子显微镜典型厂商日本电子于其决策说明会披露的全球电子显微镜、扫描电子显微镜市场规模和Grand View Research披露的中国电子显微镜市场规模,基于图表1中的基础假设和测算逻辑测算,2017-2020年中国扫描电子显微镜市场规模如下所示。 由此可知,近年来,中国扫描电子显微镜市场规模呈现逐年增长的态势,且增长速度较快,均在10%左右。2020年,中国扫描电子显微镜市场规模实现16.72亿元,受新冠疫情影响,2020年各单位对于扫描电子显微镜等科学仪器的采购预算增幅有所下调,故其同比增长率较2018年与2019年略有下滑,仅为9.21%。2、产品单价高昂,年需求量尚以百计   扫描电子显微镜属于高精密仪器,其产品单价相对高昂。根据对2018-2021年3月中国政府采购网上扫描电子显微镜中标/成交项目的统计,共有361台/套扫描电子显微镜列明了中标/成交金额。这361台/套扫描电子显微镜的中标/成交金额合计为10.67亿元,按该金额计算得到,2018-2021年3月期间中国政府采购网记录的中标/成交扫描电子显微镜平均每台/套的单价约为296.51万元。   我国政府采购的扫描电子显微镜种类宽泛,价格公允,故将2018-2021年3月期间中国政府采购网记录的中标/成交扫描电子显微镜平均价格作为中国扫描电子显微镜市场的平均价格,并根据“需求数量=市场规模/产品价格”的逻辑计算,得到中国扫描电子显微镜产品需求数量如下图所示。   由此可知,2017-2020年,中国扫描电子显微镜产品需求数量不断增长。2020年,中国扫描电子显微镜产品需求数量在564台左右。3、采购主体主要为高校、企业与科研机构   中国扫描电子显微镜的采购主体主要为高校、企业与科研机构。根据赛默飞旗下的飞纳品牌对其在中国销售的1000+台扫描电子显微镜采购主体的统计,以及2018-2021年第一季度3月中国政府采购网上扫描电子显微镜中标/成交项目的统计数据及科研设施与仪器国家网络管理平台披露的扫描电子显微镜保有情况的印证,中国扫描电子显微镜市场45%的采购主体为高校,企业和科研机构各占39%。即2020年,16.72亿元的中国扫描电子显微镜市场中,高校、企业和科研机构分别采购了约7.52亿元、6.52亿元和2.68亿元。 综合来看,我国扫描电子显微镜需求规模逐年增长,但由于价格高昂,年需求量不足千台。从其下游采购主体来看,对扫描电子显微镜存在需求的主要为高校、企业和科研机构,其中高校的需求占比较高,在45%左右。
  • 超高分辨近场光学显微镜近期重点科研成果速览
    1. 中国科学院 重庆绿色智能技术研究院 Zhongbo Yang等Near-Field Nanoscopic Terahertz Imaging of Single Proteins. Small. Figure 1. Schematic illustration of the THz s-SNOM setup and its use for single biomolecule imaging. Figure 2. THz near-field signals collected on different substrates. a) Time-domain THz electric field signals, and b) corresponding frequency-domain signals collected on graphene, Au, Si, and mica surfaces, respectively. The signals were demodulated at the second harmonics (2 Ω) of the probe oscillation frequency. c,d) The AFM topography images of graphene and Au substrates with 200 × 200 pixels, respectively. The height scale bars of (c) and (d) are the same. 摘要:太赫兹生物成像因其能以无标记、无创伤和非电离的方式获取样品的物理化学信息而颇受瞩目。但是,低介电常数生物分子的反射率问题,使得单分子精度的太赫兹成像仍是一个挑战。针对于此,作者开发了一种方法,利用石墨烯介导的太赫兹频率散射型扫描近场光学显微镜,对单个蛋白分子直接成像。此项研究发现,拥有较高太赫兹反射率和原子平整度的石墨烯基底可以为蛋白分子提供较高的太赫兹对比度。另外,我们还发现对铂探针的轴长优化能增强太赫兹散射近场信号中的振幅信号强度。基于这两个效应,作者同时获得了尺寸只有数纳米的免疫球蛋白G(IgG)和铁蛋白分子的形貌以及太赫兹散射图像。本文中所用的方法为单生物分子的太赫兹成像提供了新思路。2. 华中科技大学 Chao Chen等Terahertz Nanoimaging and Nanospectroscopy of Chalcogenide Phase-Change Materials. ACS Photonics 2020.Figure 2. THz near-field setup and imaging experiments. (a) Schematics of the THz s-SNOM setup with a bolometer used as a detector. The inset shows an illustration of the finite dipole model for the layered sample. (b) Approach curve, showing the amplitude signal s2 on c-GST as a function of tip–sample distance. The mark h1/e represents the position at which the signal decays to 1/e of its maximum. The inset displays an optical microscope image of the AFM tip above the sample. The red dotted squares mark the c-GST areas. (c) AFM topography image (top panel) of GST on a silicon oxide substrate, which includes amorphous and crystalline states. Near-field amplitude (s2, middle panel) and phase (φ2, bottom panel) images at 1.89 THz. (d) Topography, (e) near-field amplitude, and (f) phase line profiles (shown as solid symbols) taken from the corresponding images in c. The red solid lines are smoothed curves based on the experimental data. Horizontal dashed gray lines are a guide for the eye. 摘要:硫属化物相变材料(PCMs)在太赫兹(THz)频率下会发生光学声子共振现象,这个效应可被用于研究相变的基本特性,并产生很强的介电对比度,使其可被用于太赫兹的光子学应用。在本文中,我们证明可以通过频率可调的太赫兹散射型扫描近场光学显微镜(s-SNOM)研究PCM的声子。其具体方法为对包含非晶相和结晶相的PCM样品进行太赫兹纳米光谱成像。我们观察到材料的声子特征使其产生了很强的s-SNOM信号,以及重要的是,非晶态和结晶态PCM的光谱之间存在明显的差异,这使我们可以在纳米尺度上高信度地区分PCM的不同相。我们还发现可以通过增加针的半径来增强以信号强度和频谱对比度为标志的光谱特征。综上所述,我们用太赫兹s-SNOM成功构建了基于局部声子光谱的纳米结构以及化学组成的图谱。3. 中国地质大学-武汉 Zhigao Dai等人Edge-oriented and steerable hyperbolic polaritons in anisotropic van der Waals nanocavities. Nat. Commun..Figure 1. a Schematic diagram of edge-tailored PhPs in α-MoO3. The edge orientation is defined as angle θ with respect to the [001] direction. Green arrows indicate the incident PhPs waves launched by the laser-illuminated (purple curve arrows) AFM tip and reflected by the edge (red line). b Angle-dependent ke isofrequency contour of PhPs in α-MoO3 at ω = 889.8 cm−1. The solid lines and points stand for experimental results concluded from Fig. 1c. The green and black dotted arrows illustrate the incidence wavevector ki and Poynting vector Si, respectively. Generally, ki and Si are non-collinear. The reflected Poynting vector Se (solid arrows) is not parallel to the reflected wavevector ke (different color solid arrows) but antiparallel to Si. σ is the open angle. c Real-space imaging of edge-tailoring PhPs at angle-dependent α-MoO3 edges (length L: 2.5 µm width W: 200 nm sample thickness d: 210 nm, L and W defined in the Ed1). d s-SNOM line traces along the direction perpendicular to the edges in Ed1-Ed5. e Near-field amplitude s(ω) of PhPs on isosceles triangle α-MoO3 nanocavities with bottom edge perpendicular to the [001] crystal direction (height length: 4.33 μm thickness: d = 175 nm) The angles between adjacent sides of the series of triangles with respect to the [001] direction are approximately 7.5°, 15°, 30°, 45°, and 60°, respectively. 摘要:高度受限和低损耗的化子在石墨烯和六方氮化硼上是沿平面各向同性传播的,这使得对光的控制被限制在了有限的自由度内。而以α-MoO3 and V2O5为代表的新兴双轴范德华材料则展现出了特的化传播特性,它们的辅助光轴是在平面上的。利用这种强平面各向异性,作者通过空间纳米成像观测到了α-MoO3纳米腔的图样内有着受边界导向的双曲化子。并且发现边界的夹角和结晶方向对其光学响应信号有着举足轻重的影响,这对调整化图样的参数是至关重要的。基于此,通过调整α-MoO3纳米腔的几何构型,我们观测到了双曲化子会延边界传播并且会调整自身传播方向的特性以及与之对应的化子绕行禁区。而这种双曲化子的寿命和性能指数则受到纳米腔边界宽高比的限制。4. 国防科学技术大学 Jiangyu Zhang 等人Light-induced irreversible structural phase transition in trilayer graphene. Sci. & App..Figure 4. Raman mapping and s-SNOM imaging of the light-induced structural phase transition in MLG. (a) Optical microscopy image of MLG sample #125. (b) AFM image and height profile of graphene. (c) Raman maps of the integrated G peak intensity (position: 1576 cm−1, width: 5 cm−1) before laser irradiation and (d) after laser irradiation. The laser power is 20 mW, and the exposure time is 34 min. (e) s-SNOM image of graphene after laser irradiation. (f) Magnified s-SNOM image of graphene. Graphene domains with different stacking orders show different contrasts in the s-SNOM image. The marked regions I, II, and III correspond to ABC stacking, ABA stacking and mixed ABC + ABA stacking domains, respectively. The red arrows in (e, f) highlight the additional mixed ABC + ABA stacking domains that were not resolved in the Raman maps. (g) Raman spectra of different graphene regions taken from the marked solid dots before laser irradiation and (h) after laser irradiation摘要:晶体结构对相关材料的物理性质有着深刻的影响。因此,即使化学组成相同(比如石墨烯和金刚石),我们也可以通过生成具有特定对称性的晶体,来很大范围内调整它们的特性。而当晶体的结构相可以通过外部刺激动态改变时,更多有意思的可能性出现在了我们面前。这样的材料特性虽不常见,但却能引发很多喜人的现象,例如相变记忆效应。具体到三层石墨烯,它有两种常见的堆叠结构(ABA和ABC),二者都具有特的电子能带结构,并展现出了与众不同的特性。而这两种堆叠结构的三层石墨烯里的畴壁,则展现出了新的迷人的物理效应,比如说量子谷霍尔效应。科研工作者在三层石墨烯的相工程上投入了大量的精力。不过,操纵畴壁以实现对材料局部结构和特性的调控仍然是一个难题。本文通过实验表明,通过激光照射可以实现结构相之间的转换,并在三层石墨烯中构建各种形状的畴壁。这种能够控制畴壁位置和方向的能力,使得我们能够更好地调整石墨烯的局部结构相和特性,并为可定制原子结构,电子以及光学特性的人造二维材料的生成提供了一种简洁且有效的路径。 5. 华中科技大学 Peining Li等人Collective near-field coupling and nonlocal phenomena in infrared-phononic metasurfaces for nano-light canalization. Nat.Commun..Figure 2. Near-field imaging of polariton evolution in a hBN metasurface. a Schematic of the near-field nanoimaging experiment. b, c Near-field images measured at two different frequencies, ω = 1415 cm−1 (HPhP region) and ω = 1510 cm−1 (EPhP region). White arrows indicate the polariton fringes observed on the metasurface. 摘要:通过光子耦合激发和偶物质激发所产生的化子可以沿具有双曲线色散或椭圆色散的各向异性超表面传播。而在双曲线色散与椭圆色散之间的转换过程中(对应拓扑结构的转换),有各种有趣的现象被观测到,比如光子态密度的增强、化子的沟道效应和超透镜效应。在本文中,作者从理论角度和实验角度分别研究了这种拓扑结构的转换,单轴红外声子超表面中的化耦合和其强烈的非局域响应信号,以及六方氮化硼 (hBN) 纳米带的光栅。 通过超高分辨红外10纳米成像,研究者观察到了六方氮化硼中余辉带里合成的横向光学声子的共振(即纳米带强烈的集体性近场耦合),这触发了从双曲线色散向椭圆色散的拓扑转换。作者还表征并可视化了跃迁频率附近深亚波长通道模式的空间演化,该模式作为一种准直化子为超透镜和无衍射传播打下了基础。6. 山西大学 PengjuYang 等人Rational electronic control of carbon dioxide reduction over cobalt oxide. J. Cat..Figure 2. (a) XPS Co 2p of Co3O4 and Co3O4/Al-1(1 wt% Co3O4), (b) XPS Al 2p of Co3O4/Al-1 and Al-1, (c-d) the S-SNOM optical image of Co3O4/Al-1(1 wt% Co3O4) and SNOM amplitude S3 of lines A-E.摘要:选择性地将二氧化碳(CO2)还原为燃料和化学品是通过碳中和发展可持续性能源经济的重点所在。而其中CO2的活化则是重中之重。考虑到电子迁移是这一过程的决速步骤,通过调节CO2还原催化剂的电子结构来增强其活性则显得更为关键。不过,人们对催化剂的电子特性与活性的内在关系的理解还不是很深入,这也限制了高效CO2还原催化剂的有理论支撑的设计。本文中,作者设计了一种以铝作为电子供体的催化剂-缘体-金属系统,并以此来调节氧化钴(Co3O4)催化剂的电子结构。这样,铝中的电子便可以高效地通过一种超薄且自主形成的Al2O3缘层穿入Co3O4。实验和理论结果毫无疑问确证了Co3O4的高电子密度有利于CO2的吸收和活化,并同时降低了COOH的生成能垒,尤其是CO*中间体的解吸能垒,这大大加速了CO2到CO的光还原反应的动力学进程。相比Co3O4,Co3O4/Al2O3-Al中的Co的周转频率要高出很多。其表观量子产率在420纳米处能高达3.8%,这一数字超越了大部分文献中对催化剂的记述。另外,Co3O4 中电子密度的提高也有效地抑制了析氢竞相反应。同时对CO的筛选性也从Co3O4的57.9%提高到了Co3O4/Al2O3-Al的82.4%。值得注意的是,通过控制Al的含量和粒径我们还可以合理调节催化剂的催化效率。综上,该项研究建立了催化剂的电子结构与其对 CO2 还原反应的催化活性之间的联系。并且,作者提出的这种Al2O3-Al结构,还有潜力成为其他非均相催化剂电子效应研究的全新平台。7. 中山大学 Yan Shen等人Pyramid-Shaped Single-Crystalline Nanostructure of Molybdenum with Excellent Mechanical, Electrical, and Optical Properties. ACS Appl. Mater. Interfaces.Figure 6. Optical properties of the pyramid-shaped single-crystalline Mo nanostructures. (a, b) AFM topography and the corresponding optical near–field amplitude (third harmonics, at excitation of 633 nm) images of a typical individual, respectively the insets are the structural models that help to understand this sample’s geometric features. 摘要:特定的几何形貌与改进过的晶体特性对微纳米尺度材料的开发来说是举足轻重的。不过,对于高熔点钼来说,想高质量地生成同时具有单晶特性和预设形貌的结构是很困难的。在本文中,作者通过一种热蒸发技术和与之对应的实验调控,生成了金字塔形的单晶结构钼。而之后细致的材料表征工作则表明其生长机理遵循的是一个包括MoO2分解、Mo 沉积、岛状单晶形成、层状成核和竞争性生长在内的连续性过程。此外,经测量还发现这种生成物有着非常的物理性能。比如通过机械性能的测量,发现纳米结构的钼展现出了远高于其块体材料的纳米压痕硬度、弹性模量和拉伸强度。而在电子特性的测量中,这种材料的单体结构则展现出了非常的电传输特性,其电导能达到约0.16 S。所制备的0.02平方厘米的膜材料展现出了大电流电子发射特性,其大电流达到了33.6毫安,其电流密度则达到了1.68安每平方厘米。同时,通过光学特性的测量,该团队发现这种结构展现了明显的电磁场定位和增强效应,这使其作为基底材料,非常适合应用于表面增强拉曼散射(SERS)。作者还进一步讨论了对应的结构与响应信号之间的关系。文章中提到的,包括微纳米尺度,每个晶粒中所蕴含的单晶特性,以及材料的金字塔形貌在内的,这些纳米结构钼的基础特性,都对其物理特性有着正面的影响。8. 香港理工大学 Xin Hu等人Infrared Nanoimaging of Surface Plasmons in Type-II Dirac Semimetal PtTe2 Nanoribbons. ACS Nano..Figure 6. Near-field images and plasmonic properties of sub-10 nm PtTe2 tapers. (a) Topography of the PtTe2 taper (NT1) with a thickness of 10.4 nm. The inset is the height profile along the white dashed line. (b) Experimental near-field image of NT1 at the laser frequency of 2500 cm–1 (λ0 = 4 μm). (c) Simulated image of the near-field standing-wave pattern corresponding to (b). The standing-wave patterns in the PtTe2 tapers are mimicked by Enf = E0 + r1 exp(2ikspx1) + r2 exp(2ikspx2), where x1 and x2 are the perpendicular distances from an arbitrary point in the taper to its two edges. The propagation constant ksp = (2.264 + 0.884i)k0, supposing the permittivity of the 10.4 nm PtTe2 film is identical to the bulk permittivity, and E0 = 1, r1 = r2 = 0.2. (d) Topography of NT2 with a thickness of 5–7 nm. The inset is the height profile along the black dashed line. (e) Near-field optical image of NT2 at the laser frequency of 1400 cm–1 (λ0 = 7.14 μm). (f) Near-field optical image of NT2 at the laser frequency of 2500 cm–1. The domains in NT2 have different layers (L) ranging from 10L (∼5 nm) to 13L (∼7 nm). All scale bars are 1 μm. 摘要:由二维过渡金属二硫属化物制成的拓扑狄拉克半金属(TMDCs),因其电子传输特性,在电子和光电设备领域的应用得到了广泛的关注。作为具有强层间相互作用的范德华材料,这种半金属被期望可以用于支持尚未被实验证明的层相关等离子体化激元的存在。在本研究中,作者利用近场纳米成像展示了II型铂碲狄拉克半金属(PtTe2)纳米带和纳米薄片中的中红外等离子体波的延迟和衰减。从近场驻波图像中总结出的PtTe2纳米带(厚度为15到25纳米)的等离子体模式衰减色散关系被应用于MIR区的PtTe2介电常数拟合,其结果表明自由载流子和狄拉克费米子都参与了中红外光和物质的相互作用。而对超薄(小于10纳米)PtTe2等离子体模式的湮灭的观察和分析使作者发现是PtTe2与本征层相关的光电特性导致了其无近场共振图像的现象。以上结果为应用TMDC进行MIR区的光电探测和调制铺展了道路。9. 上海微系统所&长春光机所 Weiliang Ma等人Broad spectral tuning of ultra-low-loss polaritons in a van der Waals crystal by intercalation. Nat. Mater..Figure 2. a–c, Near-field amplitude images s3 of an α-V2O5 flake with thickness d = 105 nm at incident frequencies ω0 = 1,031 (a), 1,026 (b) and 1,020 cm−1 (c). Scale bar in c, 2 μm. d–f, Profiles along the [100] (green lines) and [001] (blue lines) directions, extracted from the near-field amplitude images in a–c, respectively. λp[100] and λp[001] are the polariton wavelengths along the [100] and [001] directions, respectively. g, Dispersion of PhPs along the [100] (green symbols) and [001] (blue symbols) directions in the RB1. Grey lines are guides for the eye. Grey shaded areas indicate the spectral regions outside the RB. a.u., arbitrary units.Figure 3. a, Illustration of the α-V2O5 lattice structure (orthorhombic) where the red spheres represent oxygen atoms, the blue atoms represent vanadium atoms, and the blue pyramids show the polyhedral structure defined by the oxygen atoms. The crystal structure consists of bilayers of distorted VO5 pyramids stacked along the [010] direction via vdW interactions (interlayer distance c = 0.44 nm). b, nanoFTIR spectral line scans along the [100] and [001] directions of a α-V2O5 flake showing s3/s3, Au (near-field amplitude s3 normalized on Au, s3,Au) as a function of distance between the tip and the flake edge. Solid horizontal lines mark the approximate transversal optic (TO) phonon modes in α-V2O5 (TO1, 975 cm−1 TO2, 770 cm−1), separating RB1–3. Dashed lines are guides for the eye of signal maxima. The flake thickness is d = 245 nm. c, Illustration of the α’-(Na)V2O5 lattice structure (orthorhombic) where the red spheres represent oxygen atoms, the blue atoms represent vanadium atoms, the yellow atoms represent sodium atoms and the blue pyramids show the polyhedral structure defined by the oxygen atoms. The crystal structure consists of bilayers of distorted VO5 pyramids with sodium atoms intercalated and stacked along the [010] direction via vdW interactions (interlayer distance c = 0.48 nm). d, nanoFTIR spectral line scans along the [100] and [001] directions of a α’-(Na)V2O5 flake showing s3/s3, Au (near-field amplitude s3 normalized on Au, s3,Au) as a function of distance between the tip and the flake edge. The solid horizontal line approximately mark the transversal optic phonon mode in α’-(Na)V2O5 (TO, 950 cm−1), defining RB’1. The flake thickness is d = 150 nm. The scales in the colour bars of b and d are linear.摘要:性范德华晶体中的声子化子——一种光与晶格振动的耦合——是有在纳米尺度上控制能量流动的有力候选者,因为它们有着很强的限制场、各向异性的传播方式和皮秒的超长寿命。不过,它们狭窄且只适用特定材料的光谱响应范围——也就是剩余射线带——大地限制了其技术应用。在此,在α-V2O5范德华半导体中嵌入钠原子,能增宽其剩余射线带,并因此让受激声子化子展现出低的损耗率(寿命为4± 1皮秒),这个数值已经与其在非插层晶体(寿命为6± 1皮秒)中的表现相近。作者预计这种嵌入方法也能被应用于其他范德华晶体,从而提供一种新的利用声子化子增宽中红外区域频谱的方法。10. 中国科学技术大学 Xinzhong ChenMoiré engineering of electronic phenomena in correlated oxides. Nat. Phys..Figure 3. a,b, Infrared near-field image of a curved moiré pattern (a) and the corresponding simulation (b). The simulation is generated by multiplying two periodic striped patterns representing MSs and DSs. The white and black dashed lines in b indicate the MS and DS orientations, respectively. c, Line profiles from the blue dashed lines in a and b, exhibiting high consistency between the experimental and the simulated contrast. a.u., arbitrary units. d,e, Infrared near-field image and corresponding AFM image, respectively, showing alternating moiré and non-moiré regions across the LAO twin boundaries (indicated by red dashed lines). The white solid line in e is the AFM height profile. f, Line profile of the nano-infrared contrast along the blue dashed line in d. The different signal levels are marked ‘C’, ‘D’ and ‘M’, which represent constructively strained, destructively strained and mixed strained regions, respectively. g, Simulation of the image in d with the moiré pattern only visible on the right-hand side. Note that the MSs (orientation indicated by white dashed lines) change orientation across the LAO twin boundary (red dashed line), while the DSs (orientation indicated by black dashed lines) are consistently along the LAO [100] direction. The simulation details are shown in Extended Data Fig. 8c. 摘要:近段时间,摩尔纹工程被视为控制凝聚态系统中量子现象的有效途径。在范德华异质结构中,莫尔纹可以通过相邻原子层之间的晶格错位形成,并因此产生长程电子有序的结构。到目前为止,摩尔工程只在堆叠范德华多层结构上有所应用。而在本文中,作者描述了一种在LaAlO3基底上外延生长的原型性磁阻氧化物薄膜La0.67Sr0.33MnO3中产生的电子摩尔纹。通过扫描探针纳米成像,作者观察到了薄膜中应变调制的两种不同的非公度纹的共存和互相影响所产生的微观摩尔纹。其净效应表现为La0.67Sr0.33MnO3的电子电导率和铁磁性直到细观尺度都会受周期性摩尔纹的调制。我该研究工作为在应力外延材料中获得定制的电子纹理的空间图样开辟了一条潜在的道路。11. 纳米中心 Xiangdong GuoEfficient All-Optical Plasmonic Modulators with Atomically Thin Van Der Waals Heterostructures. Adv. Mater..Figure 2. The all-optical graphene plasmon waveguide modulation with a thickness of only several atomic layers. a) Schematic diagram of band alignment and the physical mechanism of photocarrier transfer in the hole-doped graphene/MoS2 heterostructure under visible light irradiation. b,c) Near-field images of a graphene/MoS2 heterostructure on SiO2 substrate in the b) absence and c) presence of 633 nm laser irradiation (6 mW cm−2). Dashed lines indicate the graphene edge. d) The plasmon signals extracted from the cut-lines (red and blue lines) in (b) and (c), respectively.摘要:全光调制器正越来越受瞩目,这主要是因为它高速度,低损耗,与高带宽的本征特性,使其在未来的信息通讯技术中可以很好地为对应的电气元件做更新换代。但是,其较大的能量消耗与尺寸使得其光子间相互作用较弱,从而阻碍了其在非线性光学上的广泛应用。在本文中,作者通过在石墨烯中掺杂含有光生载流子的单层MoS2生成了原子薄度石墨烯-MoS2异质结构,形成了一种高效全光中红外等离子体波导和自由空间调制器。44 cm-1等离子的调制也通过LED得以呈现,其光强度可以低达0.15 mWcm-1,这一数值比通用的石墨烯非线性全光调制器要低4个数量(≈103 mWcm-2)。异质结构中光生载流子的超高速迁移以及复合的速率使得石墨烯等离子体的超高速调制成为了可能。作者认为,基于范德华异质结构的带有芯片可集成性和深亚波长光场限制性的高效全光中红外等离子体调制器的开发或许向片上全光器件应用的实现迈出了重要的一步。 12. 华中科技大学 Peining Li等人Nanoscale Guiding of Infrared Light with Hyperbolic Volume and Surface Polaritons in van der Waals Material Ribbons. Adv. Mater..Figure 4. Thickness dependence of h-BN waveguide modes. a) Schematics of the experiment. b) Near-field amplitude images s3 of h-BN waveguides of same nominal width w = 1 µm and different thicknesses d at ω = 1430 cm−1. c) Wavevector of the waveguide modes as a function of thickness. Symbols indicate experimental wavevectors measured at the edge (triangles) and at the center (circles) of the waveguide. The solid and dashed lines show wavevectors obtained with the full-wave simulations. The dotted red line is a guide to the eye. The inset shows line profiles from 16 nm thick waveguide at edge (gray) and center (blue) as indicated by arrows in (b). d) Schematic comparison of dielectric and hyperbolic volume waveguide modes near cutoff, when the thickness of the waveguide is decreased. 摘要:范德华(vdW)材料因其所含有的各种化子,成为了新兴的纳米尺度光操纵用材料平台。凭借范德华材料的层状结构,这些化子在薄片当中呈双曲线色散和纳米体制御模式。另一方面,它们在薄片边缘则呈面制御模式。然而令人意想不到的是,这些模式在以典型的线性波导结构为代表的带状材料上的导向正全方位地亟待研究。作者就六方氮化硼带中双曲声子化子的传播方式的研究成果做了详细的报告。通过纳米红外成像,作者观测到了各种模式。尤其是展现出截止宽度的重要的体波导模式。并且有趣的是该截止宽度可以通过降低波导厚度来减小。除此之外,该团队还观察到了具有不同频率和波导宽度的面模式杂化以及演化。而重点是,作者发现对称杂化面模式并没有展现出任何截止宽度,这让任意窄带里的化子都呈线性波导。另外,研究者的实验数据也支持了相关的模拟结果,这为我们在未来的光子器件应用中担当重任的线性波导双曲化子的理解打下了坚实的基础。13. 清华大学 Shuai Wu等Super-Slippery Degraded Black Phosphorus/ Silicon Dioxide Interface. ACS Appl. Mater. Interfaces.Figure 3. Chemical structure of the BP/SiO2 interface. (a) AFM amplitude image and (b) phase image (scale bars: 2 μm) after the motion of the degraded BP flake on the SiO2 substrate. (c) Normalized nano-FTIR phase (φ) spectroscopy plots of the degraded BP surface, residuals on the substrate, and fresh BP flake (exfoliated within 30 min) in the region of 900–1100 cm–1. (d) {1H-31P}1H double CP spectra of the BP/SiO2 sample the first contact time (tCP1) was set to 5 ms, and the variable second contact time (tCP2) is indicated on each spectrum. 摘要:二维(2D)材料与二氧化硅(SiO2)/硅(Si)基底之间的界面,通常被看做是固固机械接触。这在微系统和纳米工程的结构设计与性能优化时,常常会被特别强调。不过,如何理解基于2D材料的系统的界面结构与动力学仍然是一个悬而未决又无法绕过的问题。在本研究中,由于在常态降解时引入了羟基,一层在界面内可流动的水被插入了降解黑鳞(BP)薄片与SiO2/Si基底之间。因此,作者得到了一个滑度高的降解BP/SiO2界面。通过实验测定,其界面剪切应力(ISS)可低达0.029 ± 0.004 MPa,这一数值已可与非公度刚性晶体接触比肩。通过分析核磁共振波谱仪和原位X射线光电子能谱仪进行的结果,该团队发现界面内的液态水的存在是剪切应力低的超高滑度BP/SiO2界面的形成主因。这一发现证明了降解BP和水分子之间存在着强烈的互相影响,并表明纳米BP膜在生物基润滑领域有着广泛的应用潜力。14. 北京理工大学 Tao Yan等人Facile preparation and synergetic energy releasing of nano-Al@RDX@Viton hollow microspheres. Chem. Eng. J..Figure 4. Topography (a) and near-field amplitude image of the microsphere at frequency ω = 923 cm−1 (b), 1131 cm−1 (c) and 1168 cm−1 (d). Line profiles of infrared signal extracted at the position indicated by the red dashed line (e).摘要:为了提高含能材料的反应速率,电喷雾技术被应用于双溶剂法集成纳米铝(nAl)和氟橡胶(Viton)的重结晶环三亚基三硝胺 (RDX)微球的开发。其形貌特征与化学异质性的测试结果表明电喷雾生成的微球是空心的,并有RDX均匀地分布在其中。而且RDX的纳米晶体是紧密地附着在nAl@Viton骨架的两侧的,这增大了不同组分之间的接触面积。另一方面,对微球的热分析则表明,通过减小微球分解的表观活化能,nAl颗粒能够加速能量的释放。实验结果表明电喷雾nAl@RDX@Viton,因其各组分的特征结构和协同作用,比物理混合物具有更短的激光点火延迟和更剧烈的燃烧火焰。15. 上海光机所 Lulu Chen等人Near-field imaging of the multi-resonant mode induced broadband tunable metamaterial Absorber. RSC Adv..Figure 5. (a) Experimental absorptivity of the GST absorber between two states. The black line and red line are for the a-GST and c-GST sample. (b) The simulated spectra for the total and each layer of the c-GST absorber. Inset: the magnetic field distribution at the resonance wavelength. (c–f) Experimental and simulated near-field amplitude |Ez| and phase φz images mapped at the spectral positions C and C1.摘要:具有可调性的超材料吸收器在中红外吸收的应用领域具有广阔的前景。虽然研究者们提出了各种控制吸收的方法,如何深入分析和呈现吸收机制的物理图像仍是值得期待且有意义的。在本文中,作者利用近场光学显微镜展示了多谐振模式诱导下的带宽可调超材料吸收器的实验空间近场分布。该吸收器由双倍尺寸的单元结构与金属镜片构成,二者由Ge2Sb2Te5 (GST)薄垫片加以分割。为了获得清晰的物理图像,作者利用由四个方形谐振器组成的混合单元结构,在 7.8 μm 和 8.3 μm 处产生两个吸收峰。当GST薄膜从非晶态转变为晶态时,共振的中心波长呈现红移趋势。而无论GST处于那种相态,我们都分别在其吸收频率下观察到了吸收器产生的近场振幅和相位的光学信号。综上,本研究为光学可调吸收的控制打下了科学理论的基础,并展现了其潜在的应用前景。16. 中国科学技术大学 Wenhao Zhang and Yuhang ChenVisibility of subsurface nanostructures in scattering-type scanning near-field optical microscopy imaging. Opt. Expr..Figure 1. (a) Schematic illustration of the experimental s-SNOM setup for investigating the visibility of buried structures in a multilayered architecture. The underneath structures are patterned on a metal film and they are covered with a thin polymer layer. A pseudoheterodyne detection method is employed to obtain background-free near-field optical signal. (b) Schematic illustration of the dipole model for a simple theoretical analysis.Figure 7. Subsurface nano-imaging by s-SNOM. The sample is a patterned silicon substrate covered by the glue from a double-side tape. (a) Topography. (b) The third harmonic s-SNOM amplitude. The inset is a zoomed view of the area sketched by the dashed rectangle. (c) Sectional profiles of the topography and amplitude images. The two profiles are taken from the same position as guided by the dashed line in topography. 摘要:以纳米分辨率探测被膜材料覆盖的结构有着很高的重要性。在本研究中,作者用散射型扫描近场光学显微镜(s-SNOM)探索了影响面下材料对比度和结构可见度的因素。作者生成了一种包含不同掩埋结构的多层结构参考样品,用来做s-SNOM成像。还研究了近场光学对比度对结构几何形状、尺寸和覆盖层厚度的影响。结果表明区分掩埋狭缝图样比具有相同临界尺寸的圆孔更容易。s-SNOM能够在100多纳米厚的聚基丙烯酸酯层下感知材料之间的差异,其面下空间分辨率可以好过100纳米。17. 华中科技大学 Dong Wei等人Optical modulator based on the coupling effect of different surface plasmon modes excited on the metasurface. Opt. Mater. Expr..Figure 6. SEM, AFM and near-field lightwave intensity distribution of the NRANC metasurface. (a) SEM images of a metasurface sample, (b) near-field lightwave intensity distribution on the sample, (c) near-field lightwave intensity distribution along red dashed line. The white dashed lines are the outlines of the nano-apertures. The red dotted line is the trendline of the electric intensity distribution curve. (d) AFM image of the metasurface sample. 摘要:作者设计并生成了一种由带中央纳米柱的纳米脊孔阵列(NRANC)构成的超表面光学调制器。研究者还细致地研究了,分布在纳米脊孔的每个纳米点和中央纳米圆柱外缘上的局域表面等离子体(LSPs),与在周期性超表面上生成的表面等离子体激元(SPPs),这二者之间的耦合效应。这种锥形结构可用于入射能量的集中与局部光场的增强。而在其上的感应电偶子则可以调节反射或透射特性。这种在NRANC 上形成的LSPs的耦合效应将增强表面感应电偶子,并进一步调节NRANC的光学特性。通过改变超表面的几何参数,可以调整LSPs模式的谐振频率,并观察到透射峰的平移,以及让增强因数达到1.4×103。另一方面,LSPs和SPPs之间的耦合则会激发法诺共振。在可见光和红外范围内调整照射激光的入射角则能调节SPPs的激发,并因此引起相对较大的透射光谱变化。于是通过进行近场光学测量,可以观察到包括表面感应电荷信息在内的近场光学特性,以及在45°入射的633纳米TM激光照射下的一个小(x方向上,约96纳米)且亮的热点。综上,作者研究中构建的NRANC超表面突出了其在类似彩色滤光片、反射镜、表面增强拉曼等方面的潜在应用前景。
  • 纳米所重大项目:深紫外扫描近场光电探针系统研制
    p/ptable border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" width="600"tbodytrtd width="648" colspan="4"table width="600" border="1" align="center" cellpadding="0" cellspacing="0"tbodytr/tr/tbody/table/td/trtrtd width="122"p成果名称/p/tdtd width="526" colspan="3"p style="text-align:center "深紫外扫描近场光电探针系统/p/td/trtrtd width="122"p单位名称/p/tdtd width="526" colspan="3"p style="text-align:center "中科院苏州纳米所/p/td/trtrtd width="122"p联系人/p/tdtd width="157"p刘争晖/p/tdtd width="149"p联系邮箱/p/tdtd width="220"pzhliu2007@sinano.ac.cn/p/td/trtrtd width="122"p成果成熟度/p/tdtd width="526" colspan="3"p■正在研发 □已有样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产/p/td/trtrtd width="122"p合作方式/p/tdtd width="526" colspan="3"p□技术转让 □技术入股 □合作开发 ■其他/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"pstrong成果简介: /strongbr/ 本设备在国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目(自由申请)的支持下,自2014年起,针对波长200~300 nm的深紫外波段微区光电性质测试分析这样一个难题,研制一套深紫外扫描近场光电探针系统。将深紫外共聚焦光路引入到超高真空扫描探针显微镜系统中,采用音叉反馈的金属探针,在纳米尺度的空间分辨率上实现形貌和紫外波段荧光、光电信号的实时原位测量和综合分析,为深入研究这一光谱范围半导体中光电相互作用的微观物理机制、实现材料的结构和性质及其相互关系的研究提供新的实验系统,目前国内外均未有同类设备见诸报道,为国际首创。该系统中创新性研制的闭环控制低温超高真空原子力显微镜扫描头、波长在200nm-300nm可调谐的深紫外脉冲光源、基于原子力显微镜的深紫外光电压谱测试和分析方法、深紫外近场荧光寿命的高空间分辨测试和分析方法等核心设备和技术均为本项目单位自主研制,具有完全自主知识产权。/p/td/trtrtd width="648" colspan="4"pstrong应用前景:/strongbr/ 近年来,深紫外,特别是280nm以下日盲波段的半导体探测和发光器件,以其巨大的经济军事应用价值,逐渐成为研究重点。然而,相较于可见光半导体光电器件,深紫外波段半导体光电器件的性能包括光电转换效率、探测灵敏度等距人们的需求还有较大差距。其中一个重要原因是缺乏究深紫外半导体材料中光电相互作用的微观物理机制的有效研究手段。而本设备的研制将极大地丰富超宽带隙半导体材料和器件研究的内涵,推进相关材料和器件的发展。/p/td/trtrtd width="648" colspan="4" style="word-break: break-all "pstrong知识产权及项目获奖情况:/strongbr/ 本设备相关的装置和技术均申请了发明专利保护,其中已获授权11项,已申请尚未获得授权6项,如下所示: br/ 已授权专利: br/ 1、一种扫描近场光学显微镜 br/ 2、材料的表面局域电子态的测量装置以及测量方法 br/ 3、半导体材料表面缺陷测量装置及表面缺陷测量方法 br/ 4、材料界面的原位加工测试装置 br/ 5、多层材料的减薄装置及减薄待测样品的方法 br/ 6、界面势垒测量装置及测量界面势垒的方法 br/ 7、导电原子力显微镜的探针以及采用此探针的测量方法 br/ 8、半导体材料测量装置及原位测量界面缺陷分布的方法 br/ 9、材料表面局部光谱测量装置及测量方法 br/ 10、采用原子力显微镜测量样品界面势垒的装置以及方法 br/ 11、制备金属针尖的装置及方法 br/ 已申请未授权专利:br/ 1、半导体材料表面微区光电响应测量装置及测量方法 br/ 2、一种同时测量表面磁性和表面电势的方法 br/ 3、超高真空样品转移设备及转移方法 br/ 4、用于近场光学显微镜的探针及其制备方法 br/ 5、探针型压力传感器及其制作方法 br/ 6、阴极荧光与电子束诱导感生电流原位采集装置及方法 br/ 此外本设备研制相关软件著作权登记1项:“中科院苏州纳米所原子力显微镜与光谱仪联合控制软件”。/p/td/tr/tbody/tablepbr//pp/p
  • 一文看懂扫描隧道显微镜STM/AFM
    p  strong扫描隧道显微镜/strong(scanning tunneling microscope,缩写为STM),亦称为扫描穿隧式显微镜,是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德· 宾宁及海因里希· 罗雷尔在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明,两位发明者因此与恩斯特· 鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。/pp  它作为一种扫描探针显微术工具,扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子,它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外扫描隧道显微镜在低温下(4K)可以利用探针尖端精确操纵原子,因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。/pp  它主要是利用一根非常细的钨金属探针,针尖电子会跳到待测物体表面上形成穿隧电流,同时,物体表面的高低会影响穿隧电流的大小,针尖随着物体表面的高低上下移动以维持稳定的电流,依此来观测物体表面的形貌。/pp  换句话说,扫描隧道显微镜的工作原理简单得出乎意料。就如同一根唱针扫过一张唱片,一根探针慢慢地通过要被分析的材料(针尖极为尖锐,仅仅由一个原子组成)。一个小小的电荷被放置在探针上,一股电流从探针流出,通过整个材料,到底层表面。当探针通过单个的原子,流过探针的电流量便有所不同,这些变化被记录下来。电流在流过一个原子的时候有涨有落,如此便极其细致地探出它的轮廓。在许多的流通后,通过绘出电流量的波动,人们可以得到组成一个网格结构的单个原子的美丽图片。/pp  strong原子力显微镜/strong(atomic force microscope,简称AFM),也称扫描力显微镜(scanning force microscopy,SFM))是一种纳米级高分辨的扫描探针显微镜,是由IBM苏黎士研究实验室的比宁(Gerd Binning)、魁特(Calvin Quate)和格勃(Christoph Gerber)于1986年发明的。AFM测量的是探针顶端原子与样品原子间的相互作用力——即当两个原子离得很近使电子云发生重叠时产生的泡利(Pauli)排斥力。工作时计算机控制探针在样品表面进行扫描,根据探针与样品表面物质的原子间的作用力强弱成像。/pcenterimg alt="" src="http://www.kepu.net.cn/gb/special/hydrogenbond/basicknowledge/201312/W020140613331100352076.jpg" height="210" width="459"//centerp style="text-align: center "strong世界上第一台原子力显微镜和发明人之一比宁/strong/pp  以一种简单的方式进行类比,如同一个人利用一艘小船和一根竹竿绘制河床的地形图。人可以站在小船上将竹竿伸到河底,以此判断该点的位置河床的深度,当在一条线上测量多个点后就可以知道河床在这条线上的深度。同样道理绘制多条深度线进行组合,一张河床的地形图就诞生了。与此类似,在AFM工作时的,原子力传感器相当于人和他手中的竹竿,探针顶端原子与样品原子间作用力的大小就相当于竹竿触及河底时水面下的长度。这样,在一艘小船(控制系统)的控制下进行逐点逐行的扫描,AFM就可以绘制出一张显微图像啦。/pp  /pcenterimg alt="" src="http://www.kepu.net.cn/gb/special/hydrogenbond/basicknowledge/201312/W020140613331100358209.jpg" height="283" width="388"//centerp style="text-align: center "strong普通原子力显微镜的原理示意图/strong/pp  原理解释起来并不算十分复杂,但是AFM的发明、使用与改进汇聚了大批科学家们的辛劳努力和创造性思维。特别是拍摄到氢键实空间图像所使用的非接触式原子力显微镜,经过分子沉积、温度控制、防振、探针、真空、控制系统等多方面的摸索与改造才最终具有如此强大的分辨能力。/pp strong1 基本原理/strongbr//pp  原子力显微镜的基本原理是:将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定,另一端有一微小的针尖,针尖与样品表面轻轻接触,由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力,通过在扫描时控制这种力的恒定,带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法,可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化,从而可以获得样品表面形貌的信息。/pp  strong2 /strongstrong成像模式/strong/pp  原子力显微镜的主要工作模式有静态模式和动态模式两种。在静态模式中,悬臂从样品表面划过,从悬臂的偏转可以直接得知表面的高度图。在动态模式中,悬臂在其基频或谐波或附近振动,而其振幅、相位和共振与探针和样品间的作用力相关,这些参数相对外部参考的振动的改变可得出样品的性质。/pp  1)strong接触模式/strong/pp  在静态模式中,静态探针偏转用做反馈信号。因为静态信号的测试与噪音和偏移成正比,低硬度探针用来增强外偏转信号。然而,因为探针非常接近于样品的表面,吸引力非常强导致探针切入样品表面。因此静态原子力显微镜几乎都用在总使用力为排斥力的情况。结果,这种技术经常被叫做“接触模式”。在接触模式中,扫描过程时保持探针偏转不变来使其探针和样品表面的作用力保持恒定。/pp  2)strong非接触模式/strong/pp  /pcenterimg alt="" src="http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/AFM_noncontactmode.jpg" height="291" width="350"//centerp style="text-align: center "strong原子力显微镜非接触模式/strong/pp  在这种模式下,悬臂上的探针并不接触样品表面,而是以比其共振频率略高的频率振动,振幅通常小于几纳米。范德华力在探针距离表面样品1~3纳米时最强,它与其他在表面上的长程力会降低悬臂的振动频率。/pp  通过调整探针与样品间的平均距离,频率的降低与反馈回路一起保持不变的振动频率或振幅。测量(x,y)每个数据点上的探针与样品间的距离即可让扫描软件构建出样品表面的形貌。/pp  在接触模式下扫描数次通常会伤害样品和探针,但非接触模式则不会,这个特点使得非接触模式通常用来测试柔软的样品,如生物组织和有机薄膜 而对于坚硬样品,两个模式得到的图像几乎一样。然而,如果在坚硬样品上裹有一层薄膜或吸附有流体,两者的成像则差别很大。接触模式下探针会穿过液体层从而成像其下的表面,非接触模式下则探针只在吸附的液体层上振动,成像信息是液体和下表面之和。/pp  动态模式下的成像包括频率调制和更广泛使用的振幅调制。频率调制中,振动频率的变化提供探针和样品间距的信息。频率可以被非常灵敏地测量,因此频率调制使用非常坚硬的悬臂,因其在非常靠近表面时仍然保持很稳定 因此这种技术是第一种在超高真空条件下获得原子级分辨率的原子力显微镜技术。振幅调制中,悬臂振幅和相位的变化提供了图像的反馈信号,而且相位的变化可用来检测表面的不同材料。 振幅调制可用在非接触模式和间歇接触领情况。在动态接触模式中,悬臂是振动的,以至悬臂振动悬臂探针和样品表面的间距是调制的。[来源请求]振幅调制也用于非接触模式中,用来在超高真空条件下使用非常坚硬的悬臂和很小的振幅来得到原子级分辨率。/pp  strong3)轻敲模式/strong/pp  /pcenterimg alt="" src="http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/72/Single-Molecule-Under-Water-AFM-Tapping-Mode.jpg/285px-Single-Molecule-Under-Water-AFM-Tapping-Mode.jpg" height="215" width="190"//centerp style="text-align: center "strong在不同的pH的溶液环境中使用轻敲模式得到的高分子单链的原子力显微镜图(0.4 nm 厚)/strong/pp  通常情况下,绝大部分样品表面都有一层弯曲液面,为此非接触模式下使探针足够靠近样品表面从而可以测试短程力,但是此时探针又容易粘贴到样品表面,这是经常发生的大问题 动态模式就是为了避免此问题而发明的,又叫做间歇接触模式(intermittent contact)、轻敲模式(tapping mode)或AC模式(AC Mode)。在轻敲模式中,悬臂通过类似于非接触下的装载在探针上的微小的压电元件做来上下振动,频率在其共振频率附近,然而振幅则远大于10纳米,大概在100~200纳米间。当探针越靠近样品表面时,探针和样品表面间的范德华力、偶极偶极作用和静电力等作用力会导致振幅越来越小。电子自动伺服机通过压电制动器来控制悬臂和探针间的距离,当悬臂扫描样品表面时,伺服机会调整探针和样品间距来保持悬臂的预设的振幅,而成像相互作用力则得到原子力显微镜轻敲模式图像。轻敲模式减少了接触模式中对样品和探针和损伤,它是如此的温和以致于可以成像固定的磷脂双分子层和吸附的单个高分子链。比如液相的0.4纳米厚的合成聚合物电解质,在合适的扫描条件下,单分子实验可以在几小时内保持稳定。/pp  strong3 优点与缺点/strong/pp  相对于扫描电子显微镜,原子力显微镜具有许多优点。不同于电子显微镜只能提供二维图像,AFM提供真正的三维表面图。同时,AFM不需要对样品的任何特殊处理,如镀铜或碳,这种处理对样品会造成不可逆转的伤害。第三,电子显微镜需要运行在高真空条件下,原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作。这样可以用来研究生物宏观分子,甚至活的生物组织。他就像盲人摸象一样,在物体的表面慢慢抚摸,原子的形状很直观的表现。/pp  和扫描电子显微镜相比,AFM的缺点在于成像范围太小,速度慢,受探头的影响太大。/p
  • 2022年全球扫描电子显微镜市场达29亿美元
    p  据Grand View Research的一项最新报告,2014年全球a href="http://www.instrument.com.cn/zc/53.html" target="_self" title=""扫描电子显微镜/a(SEM)市场为12.674亿美元,预计2022年该市场将达到29亿美元。/pp  半导体行业的快速增长提升了显微镜在印刷、涂料、失效分析和元素检测方面应用的需求。而且显微镜在微型晶体管芯片和量子点等半导体行业的应用有望推动市场增长。纳米技术领域研究不断增长的需求需要技术先进、高分辨率的显微镜,再加上政府对研发创新的资金支持,都将推动该市场的增长。/pp  由于慢性病患病率的不断增加,相关生命科学和医学领域R& D经费和对数码显微镜的需求也在增加,预计到2022年,扫描电镜在制药领域中的应用有望占到30%的市场份额 表面观察、膜厚度分析、涂料分析等应用需求也将推动该市场的增长,预计扫描电镜在汽车行业中应用的复合年增长率将超过11.0%。/pp  由于世界级扫描电子显微镜制造商的出现以及扫描电镜在元素分析和成像领域的使用越来越多,到2022年,亚太地区市场份额将超过35.0%;先进的扫描电子显微镜在材料研究领域不断增长的需求也将推动拉丁美洲市场的增长,预计复合年增长率为11.6%。/pp  此外,政府大力的资金支持也将加速制药、半导体和汽车等行业的研发进程。/pp  这个市场的一些主要厂商包括Bruker、Danish Micro Engineering、FEI、Hitachi、JEOL、Leica、Nanoscience Instruments、Nikon、Olympus、Tescan Orsay Holding 、Carl Zeiss等。/ppbr//p
  • 中科院成功研制激光扫描实时立体显微镜
    据中国科学院网站消息,日前,中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室(简称:瞬态室)超分辨成像团队研制成功双光子激发激光扫描实时立体显微镜,首次把基于双目视觉的立体显微方法和高分辨率双光子激发激光扫描荧光显微技术结合在一起,实现了对三维荧光样品的高速立体成像,相关研究成果发表在2016年12月刊的PLOS ONE 杂志上,并被授权国家发明专利(专利号ZL201210384895.4)。  当代生命科学研究对光学显微技术提出了越来越高的要求——更高的空间分辨率、更大的成像深度、更快的成像速度。特别是对于生物活体显微成像来说,生物组织对光的散射使得噪声大大增强,严重影响了空间分辨率和成像深度。为了提高成像深度,双光子激发激光扫描荧光显微技术自20世纪90年代提出后被广泛应用于神经成像等领域,但是其逐点扫描的成像方式严重制约了成像速度。因为高分辨率光学显微镜的景深很小,要对样品完成三维成像,通常需要数十层乃至上百层的二维图像进行叠加重建得到,图像采集和处理一般需要数分钟甚至数十分钟,要快速实时地获取和显示三维图像非常困难。  瞬态室超分辨成像团队在研究员姚保利和叶彤的带领下,以双目视觉原理和贝塞尔光束产生扩展焦场为基础,提出了由四个振镜组成的激光束立体扫描装置,实现了对贝塞尔光束的横向位置和倾角共三个维度的控制,突破了只有两个自由度的传统激光扫描不能实时切换视角的限制。通过对四振镜立体扫描装置的优化设计和控制,实现了对贝塞尔光束的三自由度快速扫描,可在毫秒量级进行双视角切换,从而解决了激光扫描立体显微成像系统中双光路同时成像的技术难题,首次实现了基于双视角实时激光扫描的立体显微成像和显示系统。该系统可对样品进行立体动态成像和实时双目立体观测,其三维成像速度比传统的逐点扫描方式提高了一到两个数量级。该双光子立体显微系统为活体生物的三维实时成像和显示提供了一种新的观测工具。  “它可以让我们像观看立体电影一样实时地观测动态的三维微观世界,无需光切片,无需耗时的三维图像重构。”杨延龙如此总结这套系统的特点,他负责设计和完成了其中的立体扫描和成像显示的关键部分。“双目视觉成像是非常高效的三维信息获取方式,但是现有的体视显微镜,空间分辨率和景深互相制约,我们利用三自由度扫描的贝塞尔光束进行非线性荧光激发突破了这种限制。”  这项研究先后在中科院“百人计划”和国家自然科学基金的支持下,从基本原理验证、关键技术突破,到原理样机完成,经历了从基础研究到应用集成的各个环节。目前,课题组正在与国内外相关科研机构开展生物医学应用的合作研究,期望尽快将该项技术应用于生物活体三维快速成像和显示领域。花粉和荧光小球样品的红蓝立体图像(可佩戴红蓝眼镜观看)
  • 近场声学显微镜成熟商品的“中国创造”——访中科院上海硅酸盐研究所殷庆瑞研究员
    2011年3月7-14日,中科院上海硅酸盐研究所研制的纳米热学-声学显微镜成像系统亮相国家“十一五”重大科技成就展,并引起了业内人士、专业媒体多方面关注。据了解,该项目负责人殷庆瑞研究员以自行研制的材料和器件为核心技术,已成功研发出多台具有自主知识产权的大型科学仪器设备,如扫描电声显微镜(SEAM)、扫描探针声学显微镜(SPAM)、扫描热学显微镜(SThM)、激光-光声测量仪、超声雾化器等。  其中,扫描电声显微镜创新性地将电子显微术(SEM)与声学显微术(SAM)“合二为一”,被称为该领域全球唯一成熟的商品化扫描电声显微镜,现已荣获国家技术发明二等奖、国际工业博览会银奖以及中科院自然科学一等奖等殊荣。目前,该款仪器已成功更新至第IV代,分辨率达到200nm,在国内相关的企事业单位得到了实际应用,并出口到美国、德国、日本、台湾、新加坡等地,成为“我国大型科学仪器出口到发达国家和地区的一个成功范例”。  近日,仪器信息网就声学显微镜成像技术与仪器的研制、应用、产业化等问题,专门采访了中科院上海硅酸研究所殷庆瑞研究员。中科院上海硅酸盐研究所殷庆瑞研究员潜心数载攻难关 成功研发世界先进水平扫描电声显微镜  扫描电声显微镜是一种多功能、高分辨率的显微成像仪器,兼具电子显微术高分辨率和声学显微术非破坏性内部成像的特点,拥有广阔的市场应用前景。殷庆瑞研究员瞄准市场需求,创造性地把电子光学技术、弱信号检测技术、图像处理技术及计算机技术有机融为一体、先后研制出具有自主知识产权的四代扫描电声显微镜,并获得国内外多项大奖。  对于扫描电声显微镜的研发初衷,殷庆瑞研究员回忆到:“1979-1981年,我被派往英国牛津大学的Clarendon实验室和材料系做访问学者。在那里,我发现同行们都是自行研制仪器做科研,发现的物质结构或实验结果也颇具创新性。相比之下,国内大多是购买现成仪器搞科研,实验结果自然也雷同,很难有创新的成果。因此我决定回国后要结合具体的科研工作,按照自己的新思路,研发新仪器、建立新方法。  “回国后,我最开始研制成功的是激光-光声测量仪,为定量表征薄膜压电性能、功能陶瓷弱相变行为和自发极化剖面分布提供了新技术,解决了当时薄膜材料性能表征的关键技术难题,获得了中科院自然科学奖二等奖。之后,我又研发出了超声雾化器,在日化工业、陶瓷制备方面得到了成功应用。”扫描电声显微成像系统  在提到扫描电声显微镜的研发历程时,殷庆瑞研究员则说到:“在国家‘863’计划的支持下,我们课题组1988年在国内率先开展了扫描电声显微镜及其相关器件、材料、成像理论和应用研究,这几乎与国际同步。随后几年,整个研发团队潜心研究,攻克各类技术难关,终于研制出了扫描电声显微镜。截至目前,我们已先后完成了SEAM-I型、II型、III型、IV型四代电声成像系统的研制,分辨率已达到200nm,总体技术指标和功能均处于世界先进水平。”  同时,殷庆瑞研究员补充到:“扫描电声显微镜可以用‘二合一’来形容,既能利用电子束探测物质的表面信息,又可以借用声波记录下物质的内部模样,兼具电子显微术高分辨率和声学显微术非破坏性内部成像的本领,可原位同时观察基于不同成像机理的二次电子像和电声像,实现‘二合一’!”  这项成果成功将电子显微术、声学显微术、数字信号处理和高灵敏度传感技术相结合,现拥有4项国家发明专利和一项国外发明专利, 更是荣获了2005年度国家技术发明二等奖、2006年度国际工业博览会银奖以及2010年度中科院自然科学一等奖。积极推进商品化 成为我国大型仪器出口成功范例  近年来我国科技经费投入持续增长,每年取得的科技成果有3万多项,但多数成果却陷入了“成果-证书-鸡肋”的尴尬状况。虽然目前科学成果商品化面临诸多问题,但也有不少成功范例,殷庆瑞研究员扫描电声显微镜的成功商品化便是其中之一。据悉,目前该项成果已被推广到国内外数十家单位,被誉为“全球唯一成熟的商品化扫描电声显微镜”。  科研成果要实现商品化,自然离不开应用开发。据殷庆瑞研究员介绍,扫描电声显微镜的横向分辨率、纵向分辨率、探测器灵敏度以及图像质量均处于国际领先水平,在评价电子陶瓷、金属、半导体、无机材料、复合材料以及功能器件时能够获得常规手段难以得到的信息,彰显了扫描电声显微成像技术在信息产生、检测和显示等方面的独特优势,当年前来访问的德国乌帕塔大学电子光学系主任巴克先生与新加坡国立大学电子光学专家彭教授也被这一独特优势深深折服。  殷庆瑞研究员介绍:“目前,国内外科学家正是通过使用我们的扫描电声显微镜在各自研究领域内已获得了许多重大的新发现。例如,德国科学家Kohler博士首次在马氏材料上发现了铁磁畴结构及其相应的机理解释;日本筑波大学Kojima教授则首次获得了蝶形BaTiO3晶体电畴结构电声像;美国宾州大学Hang He博士和Ruyan Guo教授在不同材料上获得了铁弹畴、180°反平行周期结构畴的复合畴形态的电声像,并认为电声成像技术是研究功能材料机电耦合效应的一种独特方法;清华大学彭海东博士则观察到了金属-陶瓷复合涂层表面和亚表面显微结构的电声像。正是利用扫描电声显微镜独特的成像机理获得诸如此类的应用成果不胜枚举,而这么多的成功应用又极大地推动了扫描电镜的商品化进程。”  对于扫描电声显微镜的产业之路,殷庆瑞研究员谈到:“最初在仪器研发成功后,我们只是停留在一种‘自给自足’状态,并没有真正地实现规模化生产,也没有主动去开拓市场。后来通过国内外的学术交流,我们收到了第一张订单,而对方竟来自电子显微镜的诞生地和主要产地——德国,这极大地鼓励了我们要把样机商品化的信心,尤其在近几年,中科院一直强调科研创新以及‘产学研用’合作。因此,我们积极与上海市高新技术成果转化服务中心联系,并与国内几家仪器公司建立了合作关系,共同推进扫描电声显微镜的商品化。而在厂商接手过程中,我们也并没有撒手不管,听之任之,而是从实验数据、应用开发再到技术培训、售后维修,我们都全程参与。双方互相信任,通力协作,推动了科研成果向产业化发展。”  我国大型科学仪器历来依靠进口,而随着扫描电声显微镜的技术升级与商品化成熟,“中国创造”的扫描电声显微镜在中国大陆、台湾、美国、德国、日本、荷兰、新加坡等发达国家和地区的实验室里都能够找到,被誉为“我国大型科学仪器出口到发达国家和地区的成功范例”。超越“二合一” 实现电-声-热显微镜一体化  当今材料科学朝着纳米及精细复合方向发展,功能器件则越来越小型化、集成化,这就对材料及功能器件的评价表征方法提出了日益严峻的考验;为应对这一挑战,殷庆瑞研究员课题组“二合一”的科研工作还在一直持续着,已成功研制出扫描探针声学显微镜与扫描热学显微镜,现正在研发电-声-热显微镜“三合一”技术。  近年来,在扫描电声显微镜的基础上,殷庆瑞研究员又带领课题组突破传统声学成像技术的概念,成功研发了低频(300Hz-3KHz)、高分辨率(10nm)扫描探针声学显微成像(SPAM),使低频声学成像技术拓展到了纳米级分辨率水平。  对此,殷庆瑞研究员表示:“原子力显微镜(SPM)只能用于检测材料表面,而声学显微镜却可以用于材料的缺陷分析、电子结构、微区弹性等性能测试方面。随着纳米技术深入发展,我和我的团队想到了将声学技术与原子力显微镜结合,研发出了扫描探针声学显微镜。这项成果可以克服现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足,实现了材料表面及亚表面结构和物性的原位实时检测,在微、纳米材料和器件无损分析方面的应用前景十分广阔。目前,该仪器已被日本国家材料研究所、德国应用科学技术大学、北大、清华、南大等知名院校纷纷选择使用。”  而扫描热学显微镜(SThM)则是殷庆瑞研究员继SPAM之后对扫描探针显微术的又一项重大突破。该仪器主要利用材料的温度、热导率等变化进行成像,从而获得样品表面热分布和相关热物理性质的一种微纳米尺度的测试技术,适用于材料微区的热学性能表征。  殷庆瑞说到:“目前,国外科学家已分别研制出原子力显微镜与电、光、磁3种技术分别结合的显微成像仪器。而我们之前已研发出了扫描探针声学显微镜,因此把目光投向了扫描热学显微镜。在国家‘973’计划的支持下,我们在2010年成功研制出了扫描热学显微镜,目前在微电子器件、材料等领域已得到了日益广泛的应用。”扫描探针近场压电-声学-热学显微成像系统  最后,在谈到课题组下一步的研发计划时,殷庆瑞研究员提出:“我们打算研发电、声、热一体化的扫描电镜,更加集成化、综合化、实用化,而这也是当今科学仪器发展的一个大方向。我相信,这款仪器将更加适用于物质介观和微观层次上的特性表征,对相关材料、器件与显微成像技术领域的发展,也将是一个极大地推动作用。”  后记:  美国NASA高级材料物理专家John博士曾这样评价,中科院上海硅酸盐所这个团队在电声成像的研究和应用方面已经成为世界的领导者。他们把电声成像扩展至实用阶段,而这项工作对该领域的影响是深远的。  的确如此,殷庆瑞研究员课题组将理论研究、材料制备器件设计、仪器研制与实际应用相结合,开发出独具特色的“二合一”新仪器,并积极推进相关科研成果的商业化,取得了一定的经济效益和良好的社会效益。因此我们有理由相信,殷庆瑞研究员和他的团队下一个“电-声-热显微镜一体机”必将在日益发展的纳米科学时代能够“大放异彩”!  采访编辑:刘玉兰  殷庆瑞研究员个人简介:  殷庆瑞研究员,1965年毕业于东南大学(南京工学院)无线电工程系。同年9月分配至中国科学院硅酸盐研究所工作至今。期间,1979-1981年在英国牛津大学Clarendon物理实验室访问学者,1989年在日本东京大学应用化学系客座研究员,2003年在德国乌帕塔大学电子工程系访问教授。  他主要从事电子陶瓷材料物理性能、器件设计以及光声学、电声成像和扫描探针声学显微术方面的研究。他在国内外重要刊物上已发表论文300余篇,专著两本(80余万字),英文版专著一本(Spring ),译著两本。获得国家技术发明二等奖、三等奖各一项,国际工业博览会银奖一项,中国科学院自然科学一等奖、二等奖各一项,中国科学院科技进步一等奖一项、省部级三等奖两项,国内外专利十余项。  他曾兼任同济大学教授、香港理工大学智能材料中心国际顾问委员会委员、国家基金委员会重大项目首席科学家、国家“863”计划新材料领域专家委员会委员、美国IEEE高级研究员、亚洲铁电学联合会理事、亚洲电子陶瓷联合会理事和国际铁电学杂志编委等学术职务,并当选美国纽约科学院院士和国际陶瓷科学院院士。  他曾先后获得上海市劳动模范、全国“五一”劳动奖章、国家“863”计划十五周年先进个人、中国科学院研究生院杰出贡献教师等荣誉称号。  他曾担任过中国科学院硅酸盐所科技处处长、所长助理和副所长,以及中国科学院无机功能材料开放实验室以及国家重点实验室学术委员会副主任等职务。
  • 腐蚀在激光共聚焦扫描显微镜眼中的璀璨形貌
    p  strong腐蚀形貌常用表征方法/strong/pp  在腐蚀研究和工程中,腐蚀形貌是判断各种腐蚀类型、评价腐蚀程度、研究腐蚀规律与特征的重要依据。腐蚀形貌表征最常用的方法便是宏观观察、扫描电子显微镜观察和金相显微镜观察等,这些方法容易受主观因素影响。/pp  strong激光共聚焦扫描显微镜/strong/pp  激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)以激光作为光源,采用共轭成像原理,沿x、y方向逐点扫描试样表面,合成图像切片,再移动z周,采集多层切片,形成图像栈,将所有图像栈的信息进行合成,形成可以测量垂直高度和表面粗糙度及轮廓的三维表面形貌图像,是一种高敏感度与高分辨率的显微镜技术。/pp  该技术已广泛应用于形态学、生理学、免疫学、遗传学等分子细胞生物学领域。由于采用激光共聚焦扫描显微镜表征腐蚀形貌具有较好的客观性,因此其在材料腐蚀中也有较好的应用前景。/pp  strong试验材料/strong/pp  试验试剂为乙醇、丙酮(分析纯,国药集团化学试剂有限公司)。试验钢为油田现场用N80钢管,其化学成分(质量分数)为:0.22%C,1.17%Mn,0.21%Si,0.003%S,0.010%P,0.036%Cr,0.021%Mo,0.028%Ni,0.018%V,0.012%Ti,0.019%Cu,0.006%Nb,余量Fe。/pp  strong试验仪器/strong/pp  红外碳硫分析仪,直读光谱仪,电子天平,M273A恒电位仪,扫描电镜,激光共聚焦扫描显微镜。/pp  strong腐蚀试验/strong/pp  span style="color: rgb(0, 176, 240) "(1)全面腐蚀/span/pp  将N80钢管加工成挂片试样,用350号金相试纸对试样进行打磨,然后再用丙酮除油和乙醇清洗,最后吹干。/pp  依据标准ASTM G170-06(R2012)《实验室中对油田及炼油厂缓蚀剂评价及鉴定的标准指南》和SY/T 5405-1996《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》,采用静态腐蚀挂片法对N80钢进行全面腐蚀试验。/pp  试验在高温高压反应釜中进行。试验介质为15%(质量分数)的N,N' -二醛基哌嗪缓蚀剂,试验温度90℃,试验时间为4h。试验后取出试样,逐步采用毛刷机械法和超声波酒精振荡清洗试样表面的缓蚀剂膜和腐蚀产物,然后烘干送检LSCM。同时,对试样进行宏观观察和扫描电镜观察。/pp  span style="color: rgb(0, 176, 240) "(2)沟槽腐蚀/span/pp  将N80钢管加工成15mm× 5mm圆片试样,焊缝位于试样的中央,试验前采用350号金相砂纸打磨试样,再用丙酮除油和乙醇清洗,最后吹干,并采用光栅尺测量圆片尺寸。/pp  依据标准Q/SY-TGRC 26-2011《ERW 钢管沟腐蚀实验室测试方法》,对N80钢进行沟槽腐蚀试验,得到沟槽腐蚀的试样。/pp  试验采用电化学极化法(三电极体系),在1000mL玻璃电解池(带石英窗口)内进行。试验介质为3.5%(质量分数)的NaCl溶液。饱和甘汞电极为参比电极,N80钢为工作电极,铂电极为辅助电极。/pp  试验时对试样施加-550 mV的恒电位(相对于参比电极),极化144h。试验后取出试样,逐步采用毛刷机械法和超声波酒精振荡清洗试样表面的腐蚀产物,然后烘干送检LSCM。同时,对试样进行宏观观察和扫描电镜观察。/pp  strong结果与讨论/strong/pp  span style="color: rgb(0, 176, 240) "1 全面腐蚀/span/pp  全面腐蚀试验后试样的宏观照片、扫描电镜图和LSCM图分别如图1—3所示。对比这三幅图可以看到:宏观和扫描电镜观察显示试样表面均匀腐蚀,无点蚀坑 LSCM观察显示,试样表面有两处点蚀坑,两处点蚀坑的直径分别为10.24,11.65μm,深度分别为13.78μm和19.83μm。由此可见,LSCM不仅可获得试样的表面三维图,还可客观迅速地找到局部腐蚀处,并可对局部腐蚀处进行简单测量处理。/pp style="text-align: center "strongimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/8531e939-7799-465b-a201-8006f8ee75f1.jpg" title="图1 全面腐蚀试验后试样的宏观照片.jpg" alt="图1 全面腐蚀试验后试样的宏观照片.jpg"/br/br//strongstrong图1 全面腐蚀试验后试样的宏观照片/strong/pp style="text-align: center "strongimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/9fc9d4b0-37e5-4403-bc07-0e25c5a3291f.jpg" title="图2 全面腐蚀试验后试样的扫描电镜图.jpg" alt="图2 全面腐蚀试验后试样的扫描电镜图.jpg" width="378" height="406" border="0" vspace="0" style="width: 378px height: 406px "//strong/pp style="text-align: center "strong图2 全面腐蚀试验后试样的扫描电镜图/strong/pp style="text-align: center "strongimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/c4ecb6b1-a0e5-4322-b1de-903eca0143be.jpg" title="图3 全面腐蚀试验后试样的激光共聚焦扫描显微镜表征图.jpg" alt="图3 全面腐蚀试验后试样的激光共聚焦扫描显微镜表征图.jpg" width="400" height="271" border="0" vspace="0" style="width: 400px height: 271px "//strong/pp style="text-align: center "strong图3 全面腐蚀试验后试样的激光共聚焦扫描显微镜表征图/strong/pp  span style="color: rgb(0, 176, 240) "2 沟槽腐蚀/span/pp  由于N80钢管为焊管,其母材与焊缝的显微组织不一样,在腐蚀环境中易产生电位差,使得焊缝熔合线处易出现深谷状的凹槽,如图4所示。沟槽腐蚀敏感系数α是判断焊管焊缝抗腐蚀的一个重要参数,其计算方法如式(1)所示。/pp style="text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/3507e746-8170-4721-a27d-d203442685a6.jpg" title="式(1).png" alt="式(1).png"//pp style="text-align: center "strongimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/613be5a5-5c15-45e0-a6d8-6ee416278e9d.jpg" title="图4 沟槽腐蚀试验后试样的宏观照片.jpg" alt="图4 沟槽腐蚀试验后试样的宏观照片.jpg"//strong/pp style="text-align: center "strong图4 沟槽腐蚀试验后试样的宏观照片/strong/pp  式中:h1为原始表面和腐蚀后表面的高度差 h2为原始表面和点蚀坑坑底的高度差,如图5所示。h1和h2均取3次测量的平均值,当α 1.3时,表示焊管焊缝对沟槽腐蚀不敏感 当α≥1.3时,表示焊管焊缝对沟槽腐蚀敏感,需采取措施减少沟槽腐蚀。/pp style="text-align: center "strongimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/8e59d50c-bea6-49da-8f6a-d2448171379f.jpg" title="图5 沟槽腐蚀试验参数测定.png" alt="图5 沟槽腐蚀试验参数测定.png"//strong/pp style="text-align: center "strong图5 沟槽腐蚀试验参数测定/strongbr//pp  沟槽腐蚀试验后试样的金相图和LSCM图分别如图6和图7所示。通过金相图和LSCM图得到参数h1和h2,并根据式(1)计算沟槽腐蚀敏感系数,结果如表1所示。/pp style="text-align: center "strongimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/75c010b6-db01-472f-ae3d-cff23f615d7c.jpg" title="图6 沟槽腐蚀试验后试样的金相图.jpg" alt="图6 沟槽腐蚀试验后试样的金相图.jpg"//strong/pp style="text-align: center "strong图6 沟槽腐蚀试验后试样的金相图/strong/pp style="text-align: center "strongimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/467f4cb3-f842-418c-af0d-e067c5e4ee20.jpg" title="图7 沟槽腐蚀试验后试样的LSCM图.jpg" alt="图7 沟槽腐蚀试验后试样的LSCM图.jpg"//strong/pp style="text-align: center "strong图7 沟槽腐蚀试验后试样的LSCM图/strong/pp style="text-align: center "strong表1 不同方法得到的沟槽腐蚀敏感系数/strong/pp style="text-align: center "strongimg src="https://img1.17img.cn/17img/images/201809/uepic/15d8299e-3916-4241-bf81-692270f87d04.jpg" title="表1 不同方法得到的沟槽腐蚀敏感系数.png" alt="表1 不同方法得到的沟槽腐蚀敏感系数.png"//strong/pp  采用金相显微镜测h2和h1时,需根据主观判断找到3个深度最深的腐蚀坑,然后将其局部放大,并采用仪器标尺测量h2和h1 而采用LSCM测h2和h1时,沟底层处便是腐蚀坑深度,且测量标尺为LSCM自带,因此该方法更便捷、直观和客观,由此计算的α也更可靠。br//pp  strong结论/strong/pp  (1)激光共聚焦扫描显微镜表征腐蚀形貌以三维图方式显示,局部腐蚀处可一眼看到,更直观。/pp  (2)用激光共聚焦扫描显微镜表征沟槽腐蚀,可以直观和客观地找到腐蚀坑深处,仪器自带标尺可直接测量坑深,数据测量更便捷,由此计算的敏感系数也更可靠。/p
  • 375万!山东大学扫描电子显微镜采购项目
    项目编号:SDDX-SDLC-GK-2022031项目名称:山东大学扫描电子显微镜购置预算金额:375.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):375.0000000 万元(人民币)采购需求:扫描电子显微镜,亟需购置,具体内容详见招标文件。标段划分:划分为1包合同履行期限:质保期进口设备1年,国产设备3年本项目( 不接受 )联合体投标。20230106山东大学扫描电子显微镜购置招标文件(定稿).doc
  • 韩国研制出“扫描赛贝克显微镜”
    据韩国联合通讯社4月2日报道,韩国科学技术院(KAIST)和韩国标准科学研究院研究团队成功联合研发出&ldquo 扫描赛贝克显微镜&rdquo (SSM,Scanning Seebeck Microscope),在常温下观测到原子内电子云。  该研究是继&ldquo 扫描隧道显微镜&rdquo (STM,Scanning Tunneling Microscope)33年后再次观测到电子云。1981年,IBM 瑞士苏黎士实验室研制出世界上第一台&ldquo 扫描隧道显微镜&rdquo (STM,Scanning Tunneling Microscope)。STM使人类第一次能够实时观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质。  据该项目负责人介绍,利用该设备和原理有望解释纳米热物理现象,并有助于研发下一代热导材料。该研究成果发表在4月1日的美国物理评论快报(Physical Review Letters)网络版上。
  • 140万!北京科技大学超声波扫描显微镜采购项目
    项目编号:2207-HXTC-IG1193项目名称:北京科技大学超声波扫描显微镜预算金额:140.0000000 万元(人民币)采购需求:包号产品名称简要技术需求或服务范围数量分包控制金额(万元)项目预算(万元)1北京科技大学超声波扫描显微镜用于各种焊接器件、封装器件等内部空洞、空气分层、裂纹等无损检测1台140.00140.00本项目接受进口产品投标。合同履行期限:自合同签订生效后120日内到货并安装、调试完成(特殊情况以合同为准)。本项目( 不接受 )联合体投标。
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