探针探针原子力显微镜

一、项目基本情况1.项目编号：0834-2441SH24A039项目名称：上海交通大学低温强磁场扫描探针显微镜预算金额：620.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：590.000000 万元（人民币）采购需求：序号货物名称数量简要技术规格交货期交货地点1低温强磁场扫描探针显微镜1套1.4 *配备2路射频同轴电缆连接室温大气与扫描隧道显微镜，带宽10 GHz，高真空热隔绝腔与超高真空腔体间漏率签订合同后12个月内关境外货物：CIP上海交通大学指定地点关境内货物：上海交通大学指定地点合同履行期限：签订合同后12个月内本项目( 不接受 )联合体投标。2.项目编号：0834-2441SH24A037项目名称：上海交通大学原子力显微镜预算金额：160.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：160.000000 万元（人民币）采购需求：序号货物名称数量简要技术规格交货期交货地点1原子力显微镜1台包含不少于三个全数字锁相放大器，能提供定量相位成像功能：－180°到＋180°全线性相位成像。 （详见第八章）签订合同后6个月内关境外货物：CIP上海交通大学指定地点关境内货物：上海交通大学指定地点合同履行期限：签订合同后6个月内本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间：2024年02月21日 至 2024年02月28日，每天上午9:30至11:30，下午13:00至16:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：上海市共和新路1301号D座二楼方式：详见其他补充事宜售价：￥500.0 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：上海交通大学　　　　　地址：上海市东川路800号　　　　　　　　联系方式：钟老师86-21-54747337，技术联系人：彭老师 86-21-68693117　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：上海中招招标有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：上海市共和新路1301号D座二楼　　　　　　　　　　　　联系方式：林佳文、吴乾清 电话：86-21-66271932、86-21-66272327，13764352603@163.com、18930181850@163.com　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：林佳文、吴乾清电　话：　　86-21-66271932、86-21-66272327

p 　　近日，中国科学院上海应用物理研究所物理生物学研究室与上海交通大学、南京邮电大学合作，基于DNA纳米技术发展了一系列DNA折纸结构并作为纳米力学成像探针，实现了原子力显微镜下对基因组DNA的直读检测和高分辨成像。相关结果发表于《自然-通讯》(Nature Communications 2017, 8, 14738)。 /p p 　　DNA折纸结构是利用DNA碱基互补配对原则，通过程序性设计将M13 DNA在上百条DNA短链的辅助下折叠成指定几何形状。上海应物所博士张宏陆等在研究员樊春海指导下，并与晁洁、师咏勇等合作，通过设计DNA折纸结构作为原子力显微镜的纳米力学成像探针，在单分子水平下实现了对DNA分子的特异性标记和单核苷酸变异性(SNP)的直读检测。相较于基于荧光成像的直读方法，这种新技术将分辨率提升一个数量级，可达到远超光学衍射极限的10 纳米分辨。基于DNA纳米折纸结构设计的探针为原子力显微镜的图像获取提供了精确的标尺和丰富的选择，为遗传分析等生物学应用提供了新的工具。进一步，他们还将该方法与之前发展的纳米PCR和单倍型分析技术(Nature Nanotechnology 2011, 6, 639)结合，实现了单分子水平的遗传样本单倍型分析。这种单分子水平的单倍型分析通量高，可靠性好，有望用于易感基因的发现、疾病相关基因的鉴定和药物设计等方面。 /p p style=" text-align: center " img title=" W020170419526524657437.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/5ce2d220-65c2-4a85-8844-d5d4e94428db.jpg" / 　& nbsp /p p /p p style=" text-align: center " 上海应物所等在DNA折纸纳米力学成像探针设计方面取得进展 /p p /p p /p

讲座时间：北京时间3月12日（周四）上午11:00-12:003月19日（周四）上午11:00-12:003月26日（周四）上午11:00-12:00如何报名？1. 关注微信公众号：帕克原子力显微镜Park2. 打开2月13日发布的文章“AFM网络讲座系列：原子力探针显微术基础及其研究进展”摘要：纳米科学与技术是当今前沿基础科学和高新技术研究中最具有发展潜力的领域之一，也是国际科技竞争的战略制高点。在纳米科技发展过程中，以电子显微术，扫描探针显微术及超分辨光学显微术为核心的纳米表征与测量技术起到了关键性的作用。目前，以扫描隧道显微术、原子力显微术为核心的一系列扫描探针显微术已经发展成为基础科学及技术应用研究中探测微纳米尺度物质结构、性质及功能的核心工具之一。目前，原子力显微术是使用最为广泛的扫描探针显微技术；它也可以作为微纳米尺度下的“眼”和“手”与其他表征和测量技术相结合，具有非常广阔的发展和应用空间。在本讲座（共三次）中，我们将在（1）介绍扫描探针显微技术的基础上，进一步介绍原子力探针显微技术的基础理论、仪器与方法基础，（2）基本工作模式及其应用，最新技术和方法进展等。（3）在此基础上，我们将进一步介绍原子力显微技术的功能化探测模式及其微纳米尺度物性研究与测量中的应用。最后，我们将简要探讨原子力显微术的进一步研究发展方向等。讲座人简介： 程志海，中国人民大学物理学系教授，博士生导师，基金委优青，中国仪器仪表学会显微仪器分会理事，中国硅酸盐学会微纳米分会理事。 2002年毕业于大连理工大学物理与光电工程学院应用物理系。2002-2007年，在中国科学院物理研究所纳米物理与器件实验室硕博连读，获凝聚态物理博士学位。2004年7月至2005年1月，在德国柏林自由大学物理系及实验物理研究所做访问学者，2007年8月-2011年7月，在美国加州大学Riverside分校化学系及纳米科学与工程中心从事博士后研究。2011年8月-2017年月，国家纳米科学中心(中科院纳米标准与检测重点实验室)，任副研究员/研究员。曾获中国科学院“引进杰出技术人才计划”（技术百人计划）和首届“卓越青年科学家”，卢嘉锡青年人才奖获得者，青年创新促进会会员并获首届“学科交叉与创新奖”等。目前，主要工作集中在先进原子力探针显微分析技术及其在低维与表面物理、纳米科技等领域的应用基础研究。

01MFM（Magnetic Force Microscopy，磁力显微镜）磁力显微镜（Magnetic Force Microscopy，MFM）是一种专门用于成像样品表面的磁性分布的扫描探针显微镜，通过探针和样品之间的磁力相互作用来获得信息。MFM应用MFM主要用于研究材料的磁性特征，广泛应用于物理学、材料科学、电子学等领域。常见的应用包括：磁记录介质：研究硬盘、磁带等磁记录设备的磁性结构和缺陷；磁性材料：分析磁性薄膜、纳米颗粒、磁性多层膜等材料的磁畴结构；生物磁性：研究生物组织中天然存在的磁性物质，如磁性细菌。应用实例在自旋存储研究中，以斯格明子的研究为例，传统的磁存储单元受限于材料性质，显著影响自旋存储的高密度需求。斯格明子是一种具有拓扑性质的准粒子，其最小尺寸仅为3nm，远小于磁性隧道结，是理想的信息载体，有望突破信息存储密度的瓶颈。下图为通过MFM表征获取的斯格明子图像。[1]标准斯格明子M-H曲线 斯格明子图像在磁盘研究中，通过MFM可以获取磁盘表面的高分辨率磁性图像，详细了解其磁畴结构和分布情况。MFM具有高空间分辨率和灵敏度，为磁盘材料的研究和优化提供了重要的数据支持。下图展示了通过MFM测试获取的磁盘表面磁畴结构图像。电脑软盘磁畴图像02PFM（Piezoresponse Force Microscopy，压电力显微镜）压电力显微镜（Piezoresponse Force Microscopy，PFM）是一种用于研究材料压电性质的扫描探针显微镜，利用探针与样品表面之间的逆压电效应来成像和测量材料的压电响应。材料由于逆压电效应产生形变示意图 [2]PFM应用PFM广泛应用于材料科学和电子学领域，尤其是在研究和开发新型压电材料和器件方面。具体应用包括：铁电材料：研究铁电材料的畴结构、开关行为和退极化现象。压电器件：分析压电传感器、致动器和存储器件的性能。生物材料：研究生物组织中的压电效应，例如骨骼和牙齿。应用实例具有显著的压电效应，即在外加机械应力作用下产生电荷。这使其在超声波发生器、压电传感器和致动器中具有重要应用。在研究PbTiO3样品时，通过PFM，可以获取PbTiO3表面的高分辨率压电响应图像，详细了解其畴结构和分布情况，为PbTiO3材料的研究和优化提供了重要的数据支持。下图展示了通过PFM测试获取的PbTiO3样品表面压电力图像。PbTiO3垂直幅度图PbTiO3垂直相位图03EFM（Electrical Force Microscopy，静电力显微镜）静电力显微镜是一种用于测量成像样品表面的电静力特性的扫描探针显微镜。EFM通过探针与样品表面之间的静电力相互作用，获取表面电荷分布和电势信息。静电力显微镜（抬起模式）[3]EFM应用EFM广泛应用于材料科学、电子学和纳米技术等领域，常见的应用包括：电荷分布：测量和成像材料表面的电荷分布。表面电势：研究材料表面的电势分布和电特性。半导体器件：分析半导体器件中的电特性和缺陷。纳米电子学：研究纳米级电子器件的电性能。应用实例Au-Ti条带状电极片静电力04KPFM（Kelvin Probe Force Microscopy，开尔文探针力显微镜）KPFM是一种通过探针与样品之间的接触电势差来获取样品功函数和表电势分布的扫描探针显微镜。KPFM广泛应用于金属、半导体、生物等材料表面电势变化和纳米结构电子性能的研究。KPFM 获取 Bi-Fe薄膜样品表面电势 [4]KPFM应用KPFM在材料科学、电子学和纳米技术等领域具有广泛的应用，常见的应用包括：表面电势分布：测量和成像材料表面的局部电势分布。功函数测量：研究材料的功函数变化，特别是对于不同材料的界面和缺陷。半导体器件：分析半导体器件中的电势分布和电学特性。有机电子学：研究有机半导体和有机电子器件的表面电势。应用实例Au-Ti条带状电极片表面电势05SCM（Scanning Capacitance Microscopy，扫描电容显微镜）扫描电容显微镜（Canning Capacitance Microscopy，SCM）是一种用于测量和成像样品表面的电容变化的扫描探针显微镜。SCM能够通过探针与样品表面之间的电容变化，提供高分辨率的局部电学特性图像。这种显微镜适用于研究半导体材料和器件的电学特性，如掺杂浓度分布、电荷分布和界面特性等。SCM在半导体工艺和材料研究、故障分析以及器件优化中发挥着重要作用。通过SCM，研究人员能够获得纳米尺度的电学特性信息，从而推动半导体技术的发展和创新。SCM原理示意图 [5]SCM应用SCM主要应用于半导体材料和器件的研究，广泛应用于电子学和材料科学领域。具体应用包括：掺杂分布：测量和成像半导体材料中的掺杂浓度分布。电荷分布：研究半导体器件中的电荷分布和电场。材料特性：分析不同材料的电容特性和介电常数。06致真精密仪器自主研发的原子力显微镜科研级原子力显微镜AtomEdge产品介绍利用微悬臂探针结构对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征，纵向噪音水平低至0.03 nm(开环），可实现样品表面单个原子层结构形貌图像绘制。可以测量表面的弹性、塑性、硬度、黏着力、磁性、电极化等性质，还可以在真空，大气或溶液下工作，在材料研究中获得了广泛的使用。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 多功能配置● 稳定性强● 可拓展性良好典型案例晶圆级原子力显微镜Wafer Mapper-M产品介绍利用微悬臂探针结构可对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征。样品台兼容12寸晶圆，电动样品定位台与光学图像相结合，可在300X300mm区域实现1μm的定位精度，激光对准，探针逼近和扫描参数调整完全自动化操作。可用于产线，对晶圆粗糙度进行精密测试。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 可旋转式扫描头● 多功能配置● 稳定性强、可拓展性良好典型案例参考文献：[1]Li S, Du A, Wang Y, et al. Experimental demonstration of skyrmionic magnetic tunnel junction at room temperature[J]. Science Bulletin, 2022, 67(7): 691-699.[2]Kalinin SV, Gruverman A, eds. Scanning Probe Microscopy: Electrical and Electromechanical Phenomena at the Nanoscale. Springer 2007.[3] https://www.afmworkshop.com/products/modes/electric-force-microscopy[4] https://www.ornl.gov/content/electrostatic-and-kelvin-probe-force-microscopy[5] Abdollahi A, Domingo N, Arias I, et al. Converse flexoelectricity yields large piezoresponse force microscopy signals in non-piezoelectric materials[J]. Nature communications, 2019, 10(1): 1266.本文由致真精密仪器原创，转载请标明出处致真精密仪器拥有强大的自主研发和创新能力，产品稳定精良，多次助力中国科研工作者取得高水平科研成果。我们希望与更多优秀科研工作者合作，持续提供更加专业的技术服务和完善的行业解决方案！欢迎联系我们！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。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“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。

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。

论文题目：Additive Manufacturing of Co3Fe Nano-Probes for Magnetic Force Microscopy发表期刊：Nanomaterials IF: 5.3DOI: https://doi.org/10.3390/nano13071217 【引言】 磁力显微镜（MFM）是一种先进的原子力显微方法，它可以对样品表面的局部磁场区域进行表征，通常被用于磁性薄膜材料、磁斯格明子、磁涡和其他纳米材料磁学特性的研究。MFM的测量非常依赖磁学AFM探针。传统情况下，MFM探针是通过在非磁性探针上沉积磁性材料而实现的。然而，这种方法所制备的MFM探针存在着侧向分辨率低和磁性材料涂层界面力学性能不稳定等问题。这些问题，给MFM探针指明了新的发展方向。 【成果简介】 近日，格拉茨技术大学相关团队通过聚焦电子束诱导沉积（FEBID）的方式制备了基于Co3Fe磁性材料，具有纳米级尖端尺寸的MFM探针。所制备MFM探针的化学和结构通过透射电子显微镜（TEM）进行表征。此外，课题组还利用FusionScope多功能显微镜研究了通过FEBID方法制备的MFM探针在测量中的耐磨性以及长期使用稳定性。通过在不同环境下的测试，课题组发现通过FEBID方法所制备的MFM磁性探针依然具有优异的表现。相关工作以《Additive Manufacturing of Co3Fe Nano-Probes for Magnetic Force Microscopy 》为题在SCI期刊《Nanomaterials 》上发表。 文中使用的FusionScope多功能显微镜采用AFM+SEM原位同步联用技术，可在同一用户界面、同一位置进行AFM和SEM的互补性综合测量。同时，AFM还可轻松实现高级工作模式如：力曲线、导电原子力显微镜（C-AFM）和磁力显微镜（MFM）等，以满足不同测量需求。其原位进行0°-80°AFM与样品台同时旋转功能，可以无盲区实现复杂形貌样品的测量。 FusionScope多功能显微镜设备图 【图文导读】 图1. 通过FEBID方法制备基于Co3Fe磁性材料的MFM探针的示意图。（a）实验中所选用的无针尖压电探针。（b）5keV，5.2pA条件下制备的纳米结构。（c）Co3Fe磁性材料的空心微锥结构。（d）锥形结构的制备方法。（e）通过（d）中的策略所制备的针尖。（f）通过上述方法所制备的半径为10nm的针尖和（g）商业MFM探针针尖的对比图。 图2. 通过FusionScope测量的不同形貌的针尖对于MFM成像效果的影响。 图3. 所制备MFM探针在长时间使用下的稳定性。（a）为样品三维形貌图。（b）为样品的MFM表征结果。 图4. 所制备的MFM探针在环境中长时间保存后的测量性能对比。(a)刚完成制备时探针的MFM表征。（b）制备1年后的探针的表征结果。 【结论】 本文中，格拉茨技术大学相关团队通过聚焦电子束诱导沉积（FEBID）的方式制备了基于Co3Fe磁性材料，所制备MFM探针针尖仅有10 nm，与已有的商业MFM探针相比在微结构尺寸上具有明显优势。通过对所制备MFM探针在各种磁学样品表面进行表征得知，该方法所制备的MFM探针具有分辨率高，耐磨且稳定的优点。该研究为相关微纳磁学相关的研究提供了可能性。值得注意的是，文中MFM的校正工作是在Quantum Design公司研发的FusionScope多功能显微镜上完成的。设备不仅提供了传统扫描电镜（SEM）的形貌表征，还对样品微区进行了三维形貌，磁学等性能的原位表征。不难看出，FusionScope多功能显微镜在微区原位立体表征方面具有得天独厚的优势。

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

成果名称 扫描探针显微镜宽动态范围电流测量系统的研制 单位名称 北京大学 联系人 马靖 联系邮箱 mj@labpku.com 成果成熟度 &radic 研发阶段 □原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 成果简介： 扫描探针显微镜（SPM）是研究材料表面结构和特性的重要分析设备，具有高精度和高空间分辨的优点，可以在多种模式下工作。其中，扫描隧道显微镜（STM）和导电原子力显微镜（CFM）技术，通过探测偏压作用下针尖与样品间产生的电流，可以获得器件电学特性或材料表面局域电子结构等重要信息，成为目前微纳电子学研究领域的重要工具。SPM中用于探测针尖与样品间电流的关键部件是电流-电压转换器（I-V Converter），其作用是把探测到的微弱电流信号转换为电压信号以便后续处理。目前商用SPM设备中采用的是虚地型固定增益线性电流-电压转换器，典型灵敏度为108 V/A，其主要缺点是电流测量的动态范围较小，只能达到3~4个数量级，这使得目前SPM的电流测量能力被限定在10pA~100nA之间，阻碍了SPM在微纳电子学领域的应用。 2012年，信息学院申自勇副教授申请的&ldquo 扫描探针显微镜宽动态范围电流测量系统的研制&rdquo 获得了第四期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持，在项目资金的支持下，申自勇课题组开展了富有成效的工作，包括：（1）宽动态电流测量系统总体设计；（2）测量系统与SPM控制系统的接口设计；（3）测量系统加工制作和联机调试；（4）测量系统性能指标的测试评估与优化。此外，课题组还克服了皮安级微弱电流的高精度低噪声测量、反馈回路中用于非线性转换的双极结型晶体管的温度补偿等技术难题，所研制的测量系统取得了良好的效果。目前，该项目已经顺利结题，其成果装置已经在该课题组相关仪器上正常使用，并在向校内外相关用户推广。 应用前景： 扫描隧道显微镜（STM）和导电原子力显微镜（CFM）技术，通过探测偏压作用下针尖与样品间产生的电流，可以获得器件电学特性或材料表面局域电子结构等重要信息，成为目前微纳电子学研究领域的重要工具。

扫描探针显微镜SPM （Scanning Probe Microscope）是各种新型探针显微镜的统称，如扫描隧道显微镜 STM（Scannning Tunneling Microscope），原子力显微镜 AFM（Atomic Force Microscope）, 磁力显微镜 MFM （Magnetic Force Microscope），摩擦力显微镜LFM （Lateral Force Microscope）及开尔文探针力显微镜 KPFM （Kelvin Probe Force Microscope）等等。 SPM 作为一项表面分析技术，不仅可以在纳米甚至原子级别分析样品表面三维形貌（横向分辨率 0.1 nm，纵向分辨率 0.01 nm），还可以表征多种物理性质，如粘弹性，摩擦力，电学及磁学性质等等。除了卓越的形貌分辨率及多功能化外，SPM 还可以在多样的环境中表征，如真空环境，大气环境，液态环境甚至低温，常温及高温环境下，均可运行。因此，SPM 被广泛应用于物理，化学，材料，微电子，生物及医药等等科学领域的研究。岛津公司作为世界著名的分析仪器厂商，在 SPM 研究开发领域，不断精益求精，锐意进取。从 SPM9500，SPM9600，SPM9700 到 SPM-8100FM，取得了极大的突破。最新的 SPM-8000FM 采用反馈更迅速的调频模式，极大地提高了SPM 在大气环境和液体环境的分辨率。为了更好地服务于岛津扫描探针显微镜 SPM 客户，我们汇总了各个学科领域的研究应用，以供阅读。关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。

低温在凝聚态物理研究中扮演越来越重要的角色，是对多体系统中强相互作用的复杂行为开展深入研究的必要条件。随着液氦资源的日趋紧张和无液氦制冷技术的不断发展，基于无液氦制冷的设备将逐步成为低温科研仪器的主流方向。迄今为止，磁共振成像、超导磁体、综合物性测量系统等诸多仪器设备已实现了无液氦化。然而，具有亚原子分辨能力的扫描探针显微系统（SPM）对震动水平的要求极为苛刻，因此实现无液氦闭循环制冷技术在低温SPM领域的应用面临挑战。近十年来，世界上多个团队和公司尝试将制冷机安装在扫描单元附近实现无液氦低温SPM，而单级制冷的基础温度仅能达约5K水平，且制冷机震动对成像的影响仍然显著。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心郇庆研究团队（N13组）致力于高端科研仪器的研发与应用，在真空、低温、材料制备等领域核心关键部件、成套系统、电路控制系统方面取得了系列成果。高鸿钧院士团队（N04组）多年来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突破。N13组和N04组长期合作，陆续在尖端科研仪器装备自主研发方向取得一系列重要进展：一套商业化四探针SPM系统的彻底改造、超高真空光学-低温扫描探针显微镜联合系统的研制和应用于多探针显微镜的分时复用电路系统等。合作团队再次“仪器”携手，攻关新一代无液氦低温SPM技术。该研究研制了一套无液氦亚3K低温SPM系统。这一系统颠覆了现有无液氦SPM近端安装制冷机的方式，将低频大幅震动的制冷机安装在远端的独立制冷腔体。通过数月的连续测试验证，该设备实现了~2.8K的基础温度、接近±0.1mK的温度稳定性、约1pm震动水平、小于10pm/h的温度漂移，能够从低温到室温宽温区内连续变温成像。在非接触原子力显微镜原子级分辨成像、扫描隧道谱以及非弹性电子隧道谱的性能方面，该系统达到了与传统液氦杜瓦的湿式SPM系统相媲美的水平。相较已有无液氦SPM方案存在制冷机近端安装带来的诸多问题（不耐烘烤、磁场敏感、安装角度受限、橡胶波纹管透气结冰和难以升级等），这种闭循环远端制冷方案展现了多方面的优势：高性能：少量氦气（~10 L）实现3K以下基础温度，并可长时间连续运行，震动水平与湿式系统相当；拓展性：利用此远端液化4He方案预冷3He方便实现亚开尔文范围拓展；兼容性：与强磁场、光学通路等其他物理环境的良好兼容性，显著降低来自制冷机的电磁干扰；灵活性：便捷地将现有湿式SPM系统改造为无液氦SPM，并可应用在其他需求低温且对振动敏感的领域。这一闭循环无液氦低温SPM实现了TRL8级的技术就绪度。近期，相关研究成果发表在《科学仪器评论》上（Review Scientific of Instruments，DOI：10.1063/5.0165089）。该工作将为凝聚态物理研究、材料科学、生物医学等领域提供高性能的低温超低振动解决方案，并有望推动相关领域的研究取得更大突破。一位审稿人评价道：“在我看来，采用氦连续流低温恒温器和低温制冷机技术相结合的理念来解决无液氦低温扫描探针显微镜及相关领域长期存在的隔振问题，不仅具有创新性，而且鉴于世界范围内的液氦短缺困境，该技术方案的提出十分重要且及时。”研究工作得到国家杰出青年科学基金项目、中国科学院关键技术研发团队项目、国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金青年科学基金项目和北京市科技计划怀柔科学中心项目的支持。图1. 新一代无液氦亚3K低温扫描探针显微镜的三维模型和原理图。图2. （a）基于连续流液氦恒温器的降温效果；（b）闭循环无液氦远端制冷的降温效果；（c）载入样品后的温度变化；（d）样品在4K温度的稳定性。图3. Au(111)和Ag(110)表面的成像测试和谱学表征。图4. Ag(110)表面CO分子的拾取和二阶谱学表征与谱学成像。图5. qPlus AFM探针在NaCl(100)表面的测试结果。图6. 已有基于液氦杜瓦的湿式SPM系统升级成远端制冷闭循环无液氦SPM的方案示意图。

项目编号：22CNIC-031692-017项目名称：中国科学院金属研究所扫描探针显微镜采购项目采购方式：竞争性磋商预算金额：150.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：150.0000000 万元（人民币）采购需求：名称：扫描探针显微镜数量：1套简要技术参数：实现在微纳米尺度上观测样品表面的三维形貌，获得样品尺寸、厚度以及粗糙度等信息，同时可对样品表面的力学、电学性能等物理化学特性进行研究。扫描范围，扫描器X，Y轴扫描范围不小于80μm×80μm，Z轴扫描范围不小于10μm；至少内置两个全数字双频锁相放大器，可实现在扫描过程中，同时在共振峰的两侧施加两个振动频率以实时追踪共振频率的变化，自动调整探针驱动频率与共振频率保持一致，实现高灵敏的压电信号检测；工作带宽20MHz。导电性原子力显微镜模块：通过测量探针与样品之间的超低电流可对样品的导电性进行成像和I/V曲线测试，具有pA级分辨率，最大测量电流不小于10μA合同履行期限：合同生效后6个月内本项目( 不接受 )联合体投标。

纵观人类发展的历史，我们不难发现，生产技术每一次的革新都离不开材料的突破，材料决定了社会发展的进程。在这材料中，新能源材料与功能材料扮演着重要的角色。随着科技的发展，传统的不可再生能源已不能满足需求，需要发展像太阳能、氢能、核能、风能等新能源；单一功能的材料也不能满足发展的要求了，需要开发出具有特殊、多功能性的新材料，如万能材料石墨烯、碳纳米管以及具有无限可能的高分子材料。 扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscopy，SPM）是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各种新型探针显微镜（原子力显微镜、静电力显微镜、磁力显微镜、扫描离子电导显微镜、扫描电化学显微镜等）的统称。它可以实现材料表面的结构与性质的测量，如对材料表面的形貌、粗糙度、电流电势分布以及磁畴分布情况进行测量，可以说它是材料科学领域中一个不可或缺的表征仪器。 岛津公司作为全球著名的分析仪器厂商，自1875年创业以来，始终坚持 “以科学技术向社会做贡献”的创业宗旨、努力实现“为了人类和地球的健康”之愿望，不断钻研领先时代、满足社会需求的科学技术。扫描探针显微镜具有纳米级的分辨率，在生物、医学、材料、微电子等应用学科均有它的用武之地，它在新材料的应用以及今后的新材料发展中发挥着重要作用。为了更好的服务于岛津SPM客户，岛津公司分析中心也开展了新能源及高分子材料的测试分析工作。本文集即是对这一工作的阶段性总结，供相关工作者参考。

项目编号：2051-224211040212 /2022-0212-ud项目名称：扫描探针显微镜预算金额：186.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：186.0000000 万元（人民币）采购需求：序号/ No.货物名称Name of the goods数量/Quantity简要技术规格/Main Technical Data1扫描探针显微镜Scanning probe microscope1配置清单：1、原子力显微镜主机2、控制器 3、防震平台 4、隔音罩 5、导电模块 6、变温模块 7、外加磁场模块合同履行期限：合同签订后至履行完成合同约定的全部工作。本项目( 不接受 )联合体投标。

SILICON SEMICONDUCTOR I 高真空对于电扫描探针显微镜的优势高真空对于电扫描探针显微镜的优势Advantages Of High Vacuum For Electrical Scanning Probe Microscopy 来自IMEC和比利时鲁汶大学物理与天文学系的Jonathan Ludwig，Marco Mascaro，Umberto Celano，Wilfried Vandervorst，Kristof Paredis学者们利用Park NX-Hivac原子力显微镜对MoS2在形态和电学方面进行了研究。2004年，石墨烯作为一类新材料原型的被发现，引起了人们对二维（2D）层状材料的极大兴趣。从那时起，人们合成并探索了各种各样的二维材料。 其中，过渡金属二氯代物 (TMDs) 因其固有的带隙、小的介电常数、高的迁移率和超薄的材质而引起了人们的广泛关注， 这使其有望成为将逻辑技术延伸到5 nm以上节点的候选材料。然而，在300 mm兼容的制造环境中集成此类材料仍然面临许多挑战，尤其是因为在薄片或单个晶粒中观察到的有用特性，高质量TMD层的可控生长、转移和加工仍然是一个关键障碍。 扫描探针显微镜作为一种固有的高分辨率二维技术，是研究TMDs形态和电学特性的强大工具。本技术说明以MoS2为例，利用Park NX-Hivac原子力显微镜系统的功能，探讨了高真空用于电学测量的优势。调查：材料和方法MoS2 用MOCVD在蓝宝石衬底上生长了一系列不同层厚的MoS2样品。所有的测量都是在生长的、未转移的MoS2 / 蓝宝石上进行的。相同材料制成的元件的室温迁移率高达μm~30 c㎡/Vs，较厚样品的平均迁移率更高。图1：（a-c）所研究样品的AFM形貌图。（d）用于测量蓝宝石上多层MoS2的C-AFM装置示意图。（e）显示悬臂在高摩擦区域扫描时如何扭曲的动画。（f）对应于（b）中黑线的形貌横截面，在MoS2岛边缘显示0.6 nm台阶，在蓝宝石台地上显示0.2 nm台阶。所有的图像都是用Gwydion绘制的。比例尺为500 nm。 所有被测样品的原子力显微镜（AFM）图像如图1所示。总共测量了三个样品，其层厚为1-2层，3-4层，还有一个具有金字塔结构，这里称为多层MoS2。1-2层样品由一个完全封闭的单层MoS2薄膜组成，在顶部形成额外的单层岛。这些单层岛构成了第二层生长的开始，在形貌图上可以识别为浅色区域。与此相似，3-4层样品由一个完全封闭的三层MoS2薄膜和附加的单层岛组成。图1（d）显示了3-4层样品的样品结构示例。在这里，每个绿色层代表一层MoS2。除了MoS2岛，我们还看到对角线贯穿每个样本。这些是蓝宝石衬底上的台阶，可以通过2D薄膜看到。蓝宝石阶梯与MoS2层之间可以通过台阶高度明确区分，c面蓝宝石为0.2nm，单层MoS2台阶为0.6 nm，如图1（f）横截面所示。多层样品与其他两个样品不同之处在于MoS2表面具有3D金字塔状结构。这些金字塔位于一个完全封闭的三层结构上，其形成是由于随着层厚的增加，生长机制由逐层向三维转变。增长的细节可以在参考文献12中找到。导电扫描探针显微镜 本文采用两种导电扫描探针显微镜（SPM）来表征MoS2的电子性质：导电原子力显微镜（C-AFM）和扫描隧道显微镜（STM）。在C-AFM中，悬臂梁与材料表面接触，并且同时记录形貌和电流。为了测量电流，在样品台上施加一个偏压，并通过连接到导电AFM探针的外部电流放大器来测量电流。材料的电接触是通过在材料的顶部和侧面涂上银漆来实现的。我们使用商用Pt-Ir涂层探针，如PPP-CONTSCPt或PPP-NCSTPt，其标称弹簧常数在0.2-7N/m之间。由于C-AFM是一种基于接触的AFM技术，它还能够实现其他C-AFM通道的同时一起记录侧向力。横向力显微镜（LFM）测量激光在PSD上的横向偏转，这是由于悬臂梁在扫描表面时的扭转或扭曲而引起的，如图1（e）所示。LFM图像的正向和反向的差异与物质的摩擦力成正比，后者不同于C-AFM，因为裁剪的Pt-Ir导电导线，在我们的例子中，用于测量当探针高于表面几埃时探针与样品之间的隧穿电流。STM可以通过保持高度恒定并记录电流（称为恒定高度模式）或使用反馈保持电流水平恒定并记录高度（恒流模式）来执行。在恒流模式下，高度图像包含形貌和电学信息。C-AFM 在空气中与在高真空中 为了证明二维材料表面水层的重要性，我们分别对空气和高真空（HV）中的相同MoS2样品进行了C-AFM测量，如图2（a-b）和（c-d）。虽然在空气中和在高真空环境中扫描的形貌图像非常相似，但是C-AFM图像有很大的不同。最值得注意的是，在高真空下测量的电流增加了三个数量级。在5V偏压下，空气中的平均电流水平为1.4nA，而在高真空下，平均电流水平为1.1μA。电流水平的提高是由于去除了空气中始终存在于样品表面的薄水层。该水层对MoS?尤其成问题，因为它对材料进行p-掺杂，有效地切断了它的电性。从类似的CVD生长的MoS2器件的电输运来看，在暴露于去离子水两小时后，通态电流严重退化，迁移率降低了40%。图2: 3-4 MoS2样品的C-AFM显示高真空下电流水平和灵敏度增加。(a)和(b)分别是在空气中5V偏压下的形貌图和电流图像。(c)和(d)是在0.5 V偏压下泵送至高真空后立即拍摄的形貌图和电流图像。在空气和高真空中采集的数据采用相同的参数：相同的探针，弹簧常数k为7 N/m，设定值为10 nN，扫描频率为1 Hz。比例尺为500 nm。 除了电流的增加，高真空下的C-AFM图像也显示了更多的细节。从空气中的图像来看，电流是相对均匀的。除此之外，C-AFM 在空气中针对此样品提取不出太多的信息。相比之下，从真空下扫描的电流图，我们可以清楚地看到MoS2层中的晶界。尽管C-AFM探针与材料直接接触，但施加的力很小，因此在重复扫描过程中不会去除MoS2材料。图3所示为同一样品在高压下以~30nN力进行5次扫描后的形貌图，探针的标称弹簧常数为~7N/m。图3: (a)是3-4层MoS2的最初形貌图，（b）是在0.1V设定值下连续扫描5次后的形貌图，使用弹簧常数约为7 N/m的PPP NCSTPt探针。比例尺为50nm。专为晶界分析的C-AFM和LFM 当使用低弹簧常数探针成像时，例如标称弹簧常数为0.2N/m的PPP-CONTSCPt，我们可以用C-AFM同时获得摩擦数据，从而考虑到形貌、电学和材料特性之间的相关性。图3显示了1-2层MoS2样品的高度、摩擦和电流图像。在图3(a)中，第一层和第二层区域分别标记为1Ly和2Ly。晶界处的摩擦比原始区域高，因此它们在摩擦中表现为黑线。通过比较电流和摩擦力，可以看出摩擦图像中的黑线与电流中的黑线相匹配。然而，由于衬底对2D薄膜的局部导电性的影响，电流图像显示了额外的特征。图4：(a)形貌，(b)摩擦，(c)在1-2层生长的MoS2 / 蓝宝石样品上同时获得的电流。各区域的层厚如(a)所示。比例尺为200 nm。扫描隧道显微镜观察MoS2 借助Park NX-Hivac原子力显微镜，我们还能够获得高质量的STM图像，而无需复杂的超高真空系统和特殊的样品制备/处理。图4显示了在恒流模式下成像的多层MoS2样品的500 nm扫描，Iset=0.5nA, Vbias=1V。由于STM给出了形貌与电子结构的卷积，我们在高度图像中看到了层岛和晶界。图5:多层膜的MoS2 / 蓝宝石的STM图像。裁剪的Pt-Ir导线在恒流模式下 。Iset=0.5nA, Vbias=1V。比例尺为200nm。结论 本研究利用Park NX-Hivac AFM系统，对过渡金属二氯生化合物（TMDs）家族的二维材料二硫化钼（MoS2）进行了形态和电学方面的研究。在AFM形貌图像上观察了单层和多层的差异。此外，在多层图像上确定了由逐层生长机制引起的三维金字塔状结构的细节。 利用导电SPM（C-AFM和STM）研究了MoS2在空气中和高真空条件下的电学性能。在高真空条件下，尽管存在氧化层，但测量到的电流信号清晰、均匀、较高。最后，结合C-AFM和LFM获得了晶界分析的形貌、电学和力学信息。这种方法可以在晶界上找到更具体和更详细的结构。 二维层状材料广泛应用于工业和学术的各个研究领域。二维材料电性能和力学性能的表征与探索是材料研究领域的一个重要课题。原子力显微镜是一种多功能的成像和测量工具，它允许我们使用各种成像模式从多个角度评估二维材料。本研究强调材料分析的改进策略。此外，这些结果强调了多方向和多通道分析二维材料的重要性，其中包括半导体工业高度关注的过渡金属二氯代物。References1. K. S. Novoselov, A. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, &A. A. Firsov. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science306, 666–669 (2004).2. A. K. Geim & I. V. Grigorieva. Van der Waals heterostructures. Nature499, 419–425 (2013).3. K. F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, & T. F. Heinz. Atomically Thin MoS 2?: A New Direct-Gap Semiconductor. Phys Rev Lett105,136805 (2010).4. H. Liu, A. T. Neal, Z. Zhu, Z. Luo,X. Xu, D. Tománek,&P. D. Ye. Phosphorene: an unexplored 2D semiconductor with a high hole mobility. ACS Nano8, 4033–4041 (2014).5. J. Zhao, H. Liu, Z. Yu, R. Quhe, S. Zhou, Y. Wang, C. C. Liu, H. Zhong, N. Han, J. Lu, Y. Yao,&K. Wu. Rise of silicene: A competitive 2D material. Prog Mater Sci83, 24–151 (2016).6. C. R. Dean, A. F. Young, I. Meric, C. Lee, L. Wang, S. Sorgenfrei, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Kim, K. L. Shepard, & J. Hone.Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics. 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Paredis, W. Vandervorst, D. Lin, S. Degendt, K. Barla, C. Huyghebaert, I. Asselberghs, and I. Radu, Layer-controlled epitaxy of 2D semiconductors: bridging nanoscale phenomena to wafer-scale uniformity. Accepted Nanotechnology (2018).13. E. R. Dobrovinskaya, L. A.Lytvynov,& V. Pishchik. Sapphire: material, manufacturing, applications. Springer Science & Business Media, 2009.

项目编号：OITC-G220DY0089项目名称：松山湖材料实验室高分辨扫描探针显微镜（AFM)采购项目采购方式：公开招标预算金额：2,500,000.00元采购需求：合同包1(高分辨扫描探针显微镜（AFM）):合同包预算金额：2,500,000.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1其他货物高分辨扫描探针显微镜（AFM）1(套)详见采购文件2,500,000.00-本合同包不接受联合体投标合同履行期限：合同签订后6个月内

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 ZLSTM-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

产品简介原子力显微镜利用微悬臂下方的探针和样品表面距离缩小到纳米级，探针和样品表面的分子间作用力使得悬臂受力形变。探针针尖和样品之间的作用力与距离有强烈的依赖关系，即可以通过检测悬臂受力的弯曲程度，从而获得样品表面形貌信息。不同于电子显微镜只能提供二维图像，AFM能提供真实的三维表面图。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，电池材料，甚至活的生物组织。利用微悬臂探针结构对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征,纵向噪音水平低至0.03nm(开环)，可实现样品表面单个原子层结构形貌图像绘制。AFM最大的特点是可以测量表面原子之间的力,AFM可测量的最小力的量级为10-14-10-16N。AFM还可以测量表面的弹性,塑性、硬度、黏着力等性质,AFM还可以在真空,大气或溶液下工作,在材料研究中获得了广泛的研究。产品由本公司自主研发,稳定性强，可拓展性良好，提供定制服务 可拓展横向力显微镜 静电力显微镜 磁力显微镜 扫描开尔文探针显微镜 刻蚀和纳米操作等。该产品作为高速、高精度物质形貌表征工具,可以为高端科研与企业生产研发提供更多的选择与助力。设备性能XY方向噪音水平:0.2nm闭环 0.02nm开环。Z方向噪音水平:0.04nm闭环 0.03nm开环。XY方向非线性度:0.15% Z方向非线性度:1%图像分辨率:128x128,256x256,512x512,1024x1024，2048x2048扫描范围:最大可达100μmx100umx10 μm样品尺寸:最大可达直径15 mm,厚度5 mm全自动步进电机控制进样系统:行程30mm，定位精度50nm/步 设备特色工作模式:包括接触、轻敲、相移成像(Phase-lmaging)等多种工作模式适配环境:空气、液相多功能配置:横向力显微镜 静电力显微镜 磁力显微镜 扫描开尔文探针显微镜 刻蚀和纳米操作

——首款可分析固液界面结构的扫描探针显微镜 岛津高分辨率扫描探针显微镜SPM-8000FM 日本岛津制作所于2014年1月6日推出了最新型号扫描探针显微镜——高分辨率扫描探针显微镜SPM-8000FM，不同于现有扫描探针显微镜/原子力显微镜多采用调幅（AM）方式，而采用更高灵敏度、更高稳定性的调频（FM）方式，因此称为高分辨率HR-SPM（High Resolution Scanning Probe Microscope）扫描探针显微镜。并突破了FM方式只能在真空环境中观察这一瓶颈，成为首款可在大气溶液环境下进行原子级的结构观察和物性测定的扫描探针显微镜，并达到真空环境中超高分辨率水平。 SPM-8000FM可在大气˙溶液环境下分析薄膜、结晶、半导体、有机材料等多种样品。首次实现了在固体和液体的临界面（固液界面）进行水化、溶剂化的观察，因此也可以作为固液界面结构的观察分析仪器。例如，可实现锂离子电池中电解液和电极界面发生的结构变化，或者脂类等生物分子溶液中的结构观察等研究，为电子设备、纳米材料、催化剂、生物材料等纳米技术领域的研发工作带来新手段。 在尖端纳米技术领域的研发过程中，不仅要在真空环境中，更需要在实际使用环境中进行原子级的结构观察和物性测定，准确把握样品特性。岛津制作所与京都大学等科研机构共同研发的SPM-8000FM高分辨率扫描探针显微镜充分满足了纳米研究人员的理想。据悉，该款仪器将于3月展开在中国市场的销售应用服务工作。 SPM-8000FM特点1. 突破超高真空瓶颈，实现大气˙溶液中的超高分辨率观察由于SPM检测悬臂位移的光学杠杆检测系统的固有噪音水平较高，所以只能在真空中完成超高分辨率观察。岛津高分辨率扫描探针显微镜SPM-8000FM通过提高光学杠杆检测系统的效率、降低激光干扰等技术研发，将现有光杠杆检测系统的噪音水平降低95%，开创了SPM在大气˙溶液中的超高分辨率观察。因此，利用SPM-8000FM可以清晰的观察到大气中酞菁铅晶体薄膜的分子排列结构、水中氯化钠（NaCl）的原子结构等。还可以进行有机分子在溶液中特定反应的功能性评价、反应评价，所以在有机元件的开发领域将发挥巨大作用。 2. 不再局限于表面观察，实现了固液界面的局部三维结构的观察分析目前已知固液界面会在溶质与水（溶媒）的相互作用下形成复杂的层状结构，称之为水化溶剂化层，可对固液界面的化学反应、电荷移动、润滑、热传导等产生很大的影响。但是水化溶剂化层非常薄，在临界面的垂直方向上呈现不均一的结构，所以水化溶剂化层的显微观察迄今为止都是一个难题。SPM-8000FM利用超高灵敏度的力检测系统实现了水化溶剂化结构的观察分析。通过采用新的扫描方式，首次实现了三维结构的解析。不仅可以观察电极、聚合物在界面活性剂、生物界面等溶液中的表面形态，还可以进行固液界面结构的观察分析。

Interfacial Structures and Properties of 2D Materials with Atomic Force Microscopy（4）- Intercalated Structures讲座内容简介： 近年来，由于其潜在的巨大应用价值，关于二维层状材料的基础和应用研究方兴未艾，核心工作是理解和控制其多种多样的有趣性质。之前的研究工作主要集中在二维材料的面内结构，多种多样的层间相互作用在调控其力学、电学、热学以及光学等性质方面也有重要作用。虽然已有许多实验和理论研究工作来表征和理解这些界面结构，但对于界面行为是如何影响其物理与化学行为的仍然不是特别清楚。一个重要原因是，内部界面结构的直接微观成像和性质研究在实验技术上是相对比较困难的。石墨烯内部界面水分子插层的高分辨成像研究 在之前，报告人已经针对的AFM的基础知识、基本模式以及功能化AFM探测模式进行了介绍。本系列报告，将基于我们在原子力显微术的技术研究工作，利用多种先进原子力显微术针对二维材料的本征界面、异质界面以及材料/基底界面开展的研究工作。在每次报告中，我们首先将在较为详细地介绍主要使用的先进AFM模式的基本原理、技术实现及其相关应用。在此基础上，介绍我们利用该AFM模式所开展的关于二维材料界面结构与性质方面的研究工作。希望通过本系列报告有助于相关AFM使用者能够利用比较复杂的AFM功能模式开展研究工作。 本次报告是《二维材料界面结构与性质的原子力探针显微学研究》系列的第四次报告。在本次报告中，将介绍我们通过发展和利用多频原子力显微术，针对二维材料体系的内部界面插层结构等的高分辨成像表征和力学性质探测开展的一些工作。 #主讲人介绍 程志海，中国人民大学物理学系教授，博士生导师，基金委优青，中国仪器仪表学会显微仪器分会理事，中国硅酸盐学会微纳米分会理事。2007年，在中国科学院物理研究所纳米物理与器件实验室获凝聚态物理博士学位。2011年8月-2017年8月，国家纳米科学中心(中科院纳米标准与检测重点实验室)，任副研究员/研究员。曾获中国科学院“引进杰出技术人才计划”（技术百人计划）和首届“卓越青年科学家”，卢嘉锡青年人才奖获得者，青年创新促进会会员并获首届“学科交叉与创新奖”等。目前，主要工作集中在先进原子力探针显微分析技术方法及其在低维材料与表界面物理等领域的应用基础研究。网络讲座时间：北京时间 2021年11月29日 上午10：00-上午11:00申请方法：请关注“Park原子力显微镜”公众号查看首页内容，即可参与。

p style=" text-align: center " 描述了原子力显微镜技术在纳米尺度量化方面的重大进展 /p p style=" text-align: center " img title=" Dimension_IconXR.jpg" alt=" Dimension_IconXR.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/9601dc97-b03c-499e-b9fe-a6bb0c2ae5d4.jpg" / /p p 　　美国加利福尼亚州圣巴巴拉，布鲁克于当地时间2018年11月28日宣布推出Dimension XR& #8482 系列扫描探针显微镜(SPMs)。这些新系统包含主要的AFM创新，包括布鲁克专利独有的DataCube纳米电子模式，用于能源研究的AFM-SECM，以及新的AFM-nDMA模式，该模式首次将聚合物纳米力学与体动态力学机械分析(DMA)相关联。基于科学出版物中两种世界上最常用的AFM平台，Icon& reg 和FastScan& reg ，Dimension XR SPMs有三种配置，针对纳米力学，纳米电子和纳米电化学应用进行了优化。这些系统显着扩展了研究人员在空气，流体，电气和化学反应环境中量化纳米级材料特性的能力。 /p p 　　“新的Dimension XR系统是多年创新的结晶，提供定量和易用的纳米机械，纳米电子和纳米电化学表征，”布鲁克AFM业务执行副总裁兼总经理David V. Rossi阐述道。“我们的目标是让研究界广泛使用这些首要和唯一的功能，使其突破性AFM发现可以实现新的纳米级信息。” /p p & nbsp /p

磁性材料的显微观测有助于材料的微观结构及其形成机理的研究。随着科学技术的发展，磁性材料研究的尺度已经趋向于亚微米级甚至纳米级。因此，超高分辨率和超高灵敏度的测试非常有助于这类尺寸材料的研究。 源于苏黎世联邦理工学院自旋物理实验室的Qzabre公司，结合多年的NV色心磁测量技术与扫描成像技术研发出了基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM和NV色心探针。该技术能够实现高灵敏度和高分辨率的磁学成像，并且可以实现定量的磁学分析，所产生的磁场不会对待测样品有扰动，在磁学显微成像上有着显著的优势。超高分辨率、超高灵敏度的量子磁学显微镜！ Qzabre公司自主研发的基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM集高性能、友好性、灵活性于一身，使其成为研究纳米尺度磁现象的理想工具，在表面的高分辨率和定量磁性分析方面提供了非常可靠的性能。QSM显微镜采用经过验证的低漂移设计，具有高精度闭环扫描、大范围测量、高效率光学测量、直观的用户界面和简单的针尖更换等优势。基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜外观图（左）和内部构造图（右） 相比于传统的显微观测设备如克尔显微镜（分辨率~300 nm），磁力显微镜MFM(分辨率~50 nm )，该设备除了拥有优于30 nm的磁学分辨率外，还可以进行样品表面磁场大小的定量测试，而且NV色心作为单自旋探针, 所产生的磁场不会对待测样品有扰动，在磁学显微成像上有着显著的优势。典型应用更耐用、更灵敏、可定制化的NV色心探针！ 传感器针尖是任何扫描氮空位 (NV) 系统的核心，也是决定设备性能的关键因素。Qzabre对传感器针尖进行不断改进，使其更具光亮、坚固和高性能。金刚石部分与音叉相连，可以为原子力显微镜的操作提供力反馈，整个组件安装在陶瓷芯片上，具有操作简便，性能优异，随时可用等特性。基于陶瓷基片的NV色心探针 在与 NV 轴对齐的磁偏置场下，每个扫描针尖都具有严格的特性。标准探头的灵敏度分为七个等级。也可以根据客户需要，定制各种不同类型的探针。不同灵敏度的NV色心探针（标准探针） 在 NV 实验中，磁杂散场的测量总是投射到 NV 轴上。该轴线取决于制作针尖的金刚石晶体取向。最常见的切割方法是，其 NV 方向与法线成 54.7°。 针对特定应用，我们还提供平面内和平面外取向的针尖。由于信号会随着离轴磁场的增加而减弱，因此这两种针尖非常适用于在较高磁偏压下的测量。平面外针尖也可用于消除方向。不同取向的NV色心探针 为了便于操作，Qzabre将金刚石针尖集成在一个即插即用的传感器芯片上。极小厚度的载体设计确保了传感器可以安装在垂直空间狭小的显微镜中，同时可以根据要求定制金刚石探针的倾斜度。陶瓷芯片载体上的尺寸和接触馈线与Akiyama探针的基底面兼容。整个传感器芯片可兼容真空和低温环境。另外可根据需要提供两种针尖与 PCB 方向的标准配置：向上和向下。向上（左）和向下（右）配置的NV色心探针成功交付于多家国际科研院所机构！ Qzabre公司的基于NV色心的超高分辨量子磁学显微镜已在多家国际院校投入使用，目前在全球范围内已成功交付9套！以下为已成功验收安装的国际用户名单及部分用户验收图。左）在法国Jean Lamour研究所交付使用的带有定制化光路的QSM系统右）法国国家科学研究中心/Thales联合物理研究所kim教授与新安装的QSM系统

p 　　2018年全国电子显微学学术年会将于10月23-27日(28日离会)在成都市禧悦酒店召开。扫描探针显微镜(STM/AFM)分会场日程安排如下： /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/2973a573-226c-4d5a-8169-100f1dcacbcc.jpg" style=" " title=" 02.jpg" / /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/2f436227-1d15-4fd2-93f8-45a65f45a04c.jpg" style=" " title=" 01.jpg" / /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/df0b375b-0c3a-43d2-abff-b80513f501ce.jpg" style=" " title=" 03.jpg" / /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201810/uepic/ab5cac0b-a879-413f-be24-a3b1c7b87f22.jpg" style=" " title=" 04.jpg" / /p p br/ /p

在婴儿呱呱坠地之前，受精卵是如何发育成复杂个体的？为什么正常的细胞会慢慢变成癌细胞？　　细胞是生命的基本单位，了解它的过去、现在和未来不仅有助于人们了解正常发育的过程，也对理解疾病的产生和发展至关重要。然而，“看清”细胞的“前世今生”仍然存在显著的技术困难。　　8月17日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员陈万泽作为共同第一作者在《自然》发表长文，介绍了研究团队在国际首创的活细胞转录组测序技术（Live-seq）。该技术首次让单细胞进行转录测序后依然能保持细胞存活，实现了活细胞全基因表达的连续观测。　　“该研究实现了使用Live-seq技术对同一个活细胞多次分离部分细胞质进行多次转录组测序的可行性，表明这一技术有望在将来用于构建单个活细胞的转录组系列变化动态。该研究为单细胞转录组测序提供了全新的研究策略，为我们理解生命过程的动态变化提供了强有力的手段，是这一领域的又一重大突破。”北京大学生命科学学院教授汤富酬评论道。　　不杀死细胞就能测序　　人体内的细胞拥有几乎一样的基因组，但是为什么能够产生多种多样的细胞？基因组中数万个基因的表达与否和表达量的高低，很大程度上决定了细胞的种类和功能，比如神经细胞、免疫细胞、各种肿瘤细胞等。　　如果知道细胞不同时间的基因表达的变化，就能够了解细胞的过去、现在和未来。　　当前，单细胞转录组测序技术是了解细胞状态的重要手段。就像看一张“高清照片”，通过单细胞测序能够看清细胞现在所有基因的表达状态。但是，这些技术在理解细胞状态“电影”般的动态变化上却面临很大的挑战。　　“利用单细胞转录组测序技术观测细胞状态的前提是将细胞裂解，提取其中的RNA来测定每个基因表达量的高低，这样就不可避免地杀死了细胞。”陈万泽说，“此外，使用单细胞测序技术也只能了解到一个细胞当下的状态，却不能获得它的过去，也无法知晓它将来的功能。”　　通过近7年的努力，陈万泽与合作者开发了活细胞转录组测序技术Live-seq，其核心是通过对活细胞中的部分细胞质进行微创提取，并对极其微量的细胞质RNA进行扩增，在单细胞转录组测序后依旧保持细胞的存活和功能，从而实现细胞动态变化的跟踪。　　论文通讯作者、瑞士洛桑联邦理工学院教授Bart Deplancke表示，该技术兼具全基因表达分辨率和动态解析能力，是目前对单细胞转录组直接动态测量、偶联细胞现有状态及其后续表型的唯一解决方案。　　两次碰壁，终于“钓”出RNA　　如何在不杀死细胞的前提下看到细胞的动态变化？　　“我们首先想到的是外泌体，它是细胞向外面吐出来的小泡，里面有蛋白、RNA等物质。如果我们把单个细胞的外泌体都收集起来，再对其中的RNA进行测量，或许就可以在一定程度上反映细胞状态而又不杀死细胞。”陈万泽说。　　单个细胞中仅有10皮克RNA，相当于1克的一千亿分之一，而细胞外泌体中的RNA更是少之又少。研究团队设计了微流控芯片来完成单细胞捕获、外泌体收集等过程，发现由于外泌体中的RNA数量太少，根本无法实现单细胞分子水平的观测。　　随后，陈万泽尝试利用在生命科学领域非常小众的原子力显微镜——它有一个很尖的硅探针，多用来检测物质表面性质。研究团队对探针进行表面活化、修饰、洗脱等改造后，让其能够把细胞中的RNA“钓”出来。　　“这种探针很细，对细胞的损伤很小，就像‘鱼钩’一样，改造后可以把细胞中的RNA‘钓’出来，又能保证细胞继续存活。我们改造了数十个探针后，结果只在两个细胞上成功‘钓’到了基因。”陈万泽回忆道，当时购买一个原子力显微镜探针需要800美元，研究成本太高，成功率太低，让这项研究再次受阻。　　瑞士洛桑联邦理工学院学科交叉氛围浓厚。在一次偶然的学术交流中，陈万泽与导师了解到，瑞士苏黎世联邦理工学院的Julia Vorholt实验室开发了一种特殊的原子力显微镜，能够吸出一部分细胞质。　　一番交流后，两个课题组一拍即合，展开了联合攻关。联合团队对一系列实验过程进行了优化，解决了RNA降解、低温下的快速操作、超微量样品转移、采样通道清洗避免交叉污染、图像下追踪细胞等多种问题，以保证实验结果的可靠性。　　联合团队利用重新改造后的Live-seq，对5种类型共295个细胞进行了测序，发现Live-seq能够有效区分不同类型的细胞，且平均每个细胞能检测到约4112个基因的表达信息。　　仅对少量的细胞质进行测序，是否就能代表细胞的状态？“我们平行比较了单细胞测序结果，发现活细胞测序结果与普通的单细胞测序结果高度吻合，证明Live-seq能够很好地体现细胞的全转录组状态。”陈万泽说。　　细胞的存活率又如何保证呢？　　“原子力探针尖端只有几百个纳米大小，而且能和细胞膜密封，对细胞损伤极小。吸取约5%至50%的细胞质后，细胞体积可以快速恢复到正常水平，存活率在85%至89%之间，细胞能进行正常分裂。通过一系列的功能分析和分子表征，我们没有发现Live-seq对细胞状态有显著影响。”陈万泽表示。　　对此，审稿人在评审意见中也写道：“由于细胞测序后仍旧存活，Live-seq首次实现对同一个细胞全基因表达的连续测量。”　　细胞测序史从“高清图片”到“高清电影”的跨越　　在细胞观测技术史上，显微成像和基因编辑介导的分子记录等技术不仅能观察细胞水平的生长、分裂、死亡等过程，还能观测细胞中的单个或几个基因指标。　　2009年，单细胞转录组测序技术为更系统、全面地定义细胞类型和状态提供了变革性手段。但人们仍然只能观察到细胞的静态状态，无法连续观测细胞动态或者检查细胞后续的表型。　　如果把利用单细胞转录组测序技术观测细胞比喻为看一张细胞在分子水平的高清图片，那么利用Live-seq观测细胞就好比看一部高清电影，能够看见细胞的“前世今生”。　　“Live-seq可以回答细胞的过去怎样决定它的现在，不仅知道细胞中为何存在差异，还知道这些差异从何而来。”陈万泽介绍道。　　在验证实验中，团队利用Live-seq直接测定了同一个巨噬细胞在不同时间的状态变化，发现细胞起始状态的少数基因的表达差异和噪声（如Nfkbia、Gsn等）是决定细胞后续反应差异的重要原因。相对而言，普通的单细胞转录组无法找到这些规律。　　陈万泽表示，尽管Live-seq仍然存在诸多挑战，需要进一步完善，比如低通量、暂不能在体内应用、在高度极化且mRNA分布不均的细胞中无法实现全细胞转录组测序、对细胞更多次的采样还需进一步研究等，但该技术首次实现了活细胞连续观测，为单细胞测序技术发展带来了更多可能性。未来，团队将进一步提高Live-seq技术的实用性。

近日，北京大学物理学院、轻元素先进材料研究中心江颖教授课题组与刘开辉教授课题组合作，自主研发了一台qPlus型光耦合扫描探针显微镜。该显微镜性能达到国际最好水平，其中原子力传感器振幅噪音和品质因子国际领先。相关技术细节发表在国际著名科学仪器杂志《科学仪器评论》（Review of Scientific Instruments）。相关专利技术已经成功实现转让，并完成了首台商业化样机。有望打破长期的国际垄断局面。图1. 自行研制的qPlus型光耦合扫描探针显微镜商业化样机由于技术受限和经验缺乏，我国的高端扫描探针显微镜多年来一直严重依赖进口。在这种被动的局面下，江颖课题组十多年来一直致力于研发扫描探针显微镜的核心部件以及高分辨成像和谱学技术，不断挑战扫描探针技术的探测极限。尤其是成功研发出一套具有自主知识产权的基于qPlus传感器的非侵扰式扫描探针显微术，该技术通过探测极其微弱的高阶静电力，刷新了扫描探针显微镜的空间分辨率，国际上首次实现了水分子中氢原子的直接成像，将水的微观实验研究带入一个全新的时代。图2. 自制qPlus型光耦合扫描探针显微镜的核心部件。A和B，光耦合扫描探头的三维设计图和实物图。C，qPlus原子力传感器。D，聚焦离子束刻蚀后的针尖。在关键技术获得突破的基础上，江颖课题组的程博伟博士、博士研究生吴达和边珂副研究员进一步与刘开辉课题组紧密合作，成功搭建了一台qPlus型光耦合扫描探针显微镜商业化样机（专利1）。该设备兼容超高真空和低温（液氦）环境，电路噪音背底低至5 fA/Hz1/2，针尖高度振动噪音峰小于200 fm/Hz1/2，热漂移小于0.1 pm/min，各项指标达到国际最好水平。同时，该设备的qPlus传感器具有极低的背底振幅噪音（~2 pm）和优异的品质因数（最高140000），达到国际领先水平。此外，该显微镜系统还具备独特性设计，其扫描探头上直接集成了可驱动光学透镜的三维纳米定位器（专利2），大幅提升了光激发与光收集效率，避免了激光聚焦光斑的微抖动问题，使得该显微镜兼备十分优异的光学兼容性，是研究多种分子和材料体系的结构、化学成分及动力学行为的理想工具。图3. 自制qPlus型光耦合扫描探针显微镜的原子力显微成像测试结果。A，qPlus力传感器频率扫描曲线。B和D，不同针尖高度下Au(111)表面二维冰的恒高原子力显微图像（频移图）。C，二维冰表面不同位置的力谱。E和F，二维冰的原子结构图。相关论文：Bowei Cheng, Da Wu, KeBian, Ye Tian, Chaoyu Guo, Kaihui Liu, Ying Jiang, A qPlus-based scanning probe microscope compatible with optical measurements. Review of Scientific Instruments 93, 043701 (2022).(https://doi.org/10.1063/5.0082369)相关专利：[1] 江颖、程博伟、边珂、吴达，一种基于qPlus的光耦合扫描探针显微镜，中国，202121333378.5，2021-09-03。[2] 江颖、程博伟、吴达、边珂，一种透镜三维移动装置，中国，202120697032.7，2021-05-07

近日，研究人员在Nature Communications发表相关论文，提出了一种方法来实现AFM大面积高分辨率的成像。在显微镜中，分辨率和视野通常是互相矛盾的。以原子力显微镜（AFM）为例，悬臂探针在扫描基板时，在局部力的影响下会发生偏转，因此高分辨率成像很大程度上会局限于小区域。尽管原子力显微镜在材料科学、生物学和表面科学等领域产生了巨大的影响，但成像领域的局限性仍然是研究复杂层次结构样品的关键障碍。针对于此，研究人员通过结合无悬臂梁探针结构和用于检测探针-样品接触的可伸缩光学方法，证明了具有1000个探针的大规模平行AFM是可能的。具体而言，发现相对柔顺薄膜上的光学反射锥形探针包含分布式光学杠杆，该杠杆将探针运动转换为提供低于10 nm垂直精度的光信号。这种方法的可扩展性使得它非常适合需要大面积高分辨率的成像应用。原子力显微镜（AFM）自1986年发明以来，已成为获取微纳米尺度表面形貌和功能特性信息的主要方法。为了检测尖端和基底之间的微小力，AFM通常使用在局部力的影响下偏转的微悬臂，产生可以使用光学杠杆检测到的运动。然而，由于基于探针的成像的串行性，只能以较小的视场为代价来获得更高的空间分辨率。目前正在努力解决这一挑战，包括设计具有更高带宽的探测器，以及采用诸如IBM千足虫之类的探测器阵列。然而，现代成像阵列只有30个探头，突出了有效并行悬臂梁传感的困难。虽然AFM界对探针阵列的采用受到限制，但是探针阵列被广泛用于扫描探针光刻（SPL），或者通过机械变形、阳极氧化和直接材料沉积等多种方式使用纳米级物理探针来定义图案的过程。为了解决串行图形固有的有限吞吐量，研究人员探索了一种无悬臂梁结构，其中探针阵列位于刚性表面上的顺应膜上。虽然这种结构赋予了探针所需的柔顺性探针-样品接触和可扩展性提供多达数百万探头，但悬臂梁提供的力感应能力丧失。如果这种无悬臂梁的探针阵列能够被修改以实现探针-样品接触的并行检测，那么它们就可以提供一种大规模并行化AFM的方法，并且可以革命性地增加这种有影响力的成像工具系列的吞吐量。a.实验装置侧视图，探针-样品接触导致弹性体薄膜变形。b.通过蓝宝石晶圆观察弹性薄膜变形时的光学对比度图示。反射光强度I随位置变化x而变化。探针运动的光学特征称为分布光学杠杆。c.用于实现用于成像的探针阵列的微加工工艺，涉及蓝宝石晶片、聚二甲基硅氧烷（PDMS）背衬层、刚性聚合物探针和铝反射涂层。探针阵列的扫描电子显微镜（SEM）图像和比例尺分别为60µm和3µm的阵列d和单个探针e的图像。科研人员在成果中展示了由无悬臂结构中的探针阵列实现的大规模并行原子力显微镜，这些探针通过被称之为分布式光学杠杆的可伸缩光学机制提供局部形貌信息。通过建立分布式光学杠杆的模型，利用配位力和光学显微镜对其进行系统的研究，研究人员发现光学对比度在力和变形方面呈线性关系，能够提供低于10 nm的垂直精度。基于这种结构和成像机制的探针阵列，研究人员同时在阵列中使用1088个探针成像，并以100纳米横向分辨率和9纳米垂直精度在0.5毫米范围内绘制样本高度。该系统的高通量特性使其在高分辨率大面积的领域具有重要的应用前景，如集成电路计量、光学亚表面表征和生物组织的多尺度研究。通过设计分布式光学杠杆来测量每个探针的变形，科研人员证明了扫描探针可以并行化，从而提高AFM成像的吞吐量。在最初的演示中，1088个探针被并行使用，以纳米级分辨率成像5毫米宽的表面。由于其结构简单且与现有的光刻系统兼容，这些探针阵列可以作为独立的成像工具或作为大规模并行光刻系统的补充，以实现纳米组合实验中的同时光刻和成像。并行化在增加成像带宽的同时，也加强了这种方法的主要局限性，即探头无法独立移动以调节探头-样本力或容纳非常高的特征。在这里讨论的探针阵列中，这将对样品平面度和垂直范围施加限制。然而，值得强调的是，显示无悬臂梁阵列不必是被动的，因为扫描探针光刻实验表明，这种阵列可以使用光、热或气动系统进行独立调制，这可能为克服并行化带来的挑战提供了一条途径。有趣的是，亚波长光阑阵列与无悬臂梁结构相结合，实现了无衍射光刻。如果目前的CF-AFM方法可以与这种孔径阵列结合使用，它就有可能实现大规模并行扫描近场光学显微镜（SNOM）。因此，这种成像方法为从组织工程到光学超表面和集成电路的检测等多种应用的表面形貌的快速和高分辨率查询打开了大门。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-20612-3

扫描探针显微镜（SPM）能够在样品表面的不同位置以及不同温度和磁场下关联材料的性质，如磁化、极化、开尔文电位、电导率和形貌等，是一种应用较为广泛的技术。原子力显微镜（AFM）为扫描探针显微镜家族的一员，具有纳米级的分辨能力，其操作容易简便，是目前研究纳米科技和材料分析的重要工具之一。基于此，attocube不断研发升级低温attoAFM I显微镜的各种功能，以得到不同模式下的多种重要表征数据。图1. 低温原子力显微镜的各种可选升级模式: MFM, PFM, ct-AFM, KPFM 本文将介绍attocube客户通过attoAFM I及其相关升级功能所获得的一些显著测量结果。结果将关联电极化（PFM）、定量开尔文势（KPFM）、定性开尔文电位（EFM）、电导率（ct -AFM）和形貌（topo）等。 KPFM, EFM, PFM & TOPO铁电半导体光电晶体管微光光电探测器（3LPD）在量子通信、自适应光学和空间成像等广泛应用中备受追捧。程志海教授（中国人民大学）和王振兴研究员（国家纳米科学中心）领导的团队制造并表征了具有固有高增益的低光级铁电半导体光电晶体管（FSP），其特点是光致铁电开关。通过将FSP设置为非易失性极化状态，实现极低的暗电流和高电阻状态(HRS)。为了解光电响应机制，作者采用了实空间成像与输运测量相结合的方法。在输运测量的基础上，在FSP器件上进行了原位EFM和KPFM测量，其中铁电半导体通道通过PFM识别。未载流状态下的KPFM测量证实了FSP的光致铁电转换，载流状态下的EFM验证了FSP的光响应性质。此外，原位的输运测量进一步验证了FSP的光响应性质。这些相关测量是通过attoDRY2100低温恒温器中的attoAFM I显微镜（升级了KPFM和PFM功能）实现的。由于其低工作电压、高性能和简单的结构，该FSP器件显示了新一代微光光电探测器的潜力。图2 ：左图为FPS器件的形貌图和未载流状态下的KPFM测量；右图为线扫形貌图和载流状态下的EFM测量数据参考文献：J. Yang et al., Adv. Funct. Mater. 2022, 2205468 (2022) ct-AFM, PFM & TOPO量子材料中的导电畴壁导电畴壁（DW）是准二维导电路径，可在原位创建、定位和移除，为可重写纳米电子器件提供了机会。导电畴壁通常出现在宽带隙铁电体中，通常是响应极性不连续处的电荷积累而形成。István Kézsmárki（德国奥格斯堡大学）表明，导电畴壁也可以存在于窄间隙莫特绝缘体中。在这种情况下，纳米级导电路径的形成是因为畴壁周围的应变梯度改变了带结构。该团队在attoLIQUID2000低温恒温器中使用了带有ct-AFM升级和PFM升级的attoAFM I显微镜，将材料（GaV4S8）冷却到Jahn-Teller转变（~43K）以下，直接对电导率、形貌和压电响应进行成像。由此，他们排除了极性不连续性模型作为原点，而是将DW周围电导率的增加与表面重建高度的平方相关联：这是Jahn-Teller跃迁中产生的体积应变的特征。这有效地显示了一种利用应变梯度诱导的带结构变化来创建纳米级传导路径的新机制。这为畴壁纳米电子学的许多新材料打开了全新的大门。图3： cAFM图像显示GaV4S8中的导电之字形畴壁，明亮的颜色显示导电性增加参考文献：L. Puntigam et al., Adv. Electron. Mater. 2022, 2200366 (2022)PFM & TOPO磁电相变对称性破缺的复合氧化物可以呈现出各种各样的、突现的相。这可以通过设计复杂氧化物的超晶格来实现。张金星教授（中国北京师范大学）团队通过交替堆叠Ruddlesden–Popper和钙钛矿氧化物构建了超晶格，这导致了人工设计的铁电和磁电（ME）相变。通过在attoDRY1000低温恒温器中使用具有PFM功能的attoAFM I显微镜进行测量，PFM实验数据验证了温度低于90K时铁电畴的存在。通过布里渊光散射验证了Dzyaloshinskii–Moriya相互作用（DMI）和净磁化的伴随存在。此外，外部磁场抑制了电极化，证实了直接ME效应的存在。这项研究表明，界面DMI工程是在具有关联电子的系统中生成奇异相和有序的一种很有前途的工具。图4： 超晶格在3.7K下的PFM图像，图中相对暗和亮对比表示向上和向下的铁电畴 参考文献：X. Liu et al., Nature Commun. 12, 5453 (2021) 低温强磁场原子力磁力显微镜attoAFM/MFM I主要技术特点：-温度范围：1.8K ..300 K-磁场范围：0...9T (取决于磁体, 可选12T，9T-3T矢量磁体等)-工作模式：AFM（接触式与非接触式）, MFM-样品定位范围：5×5×4.8 mm3-扫描范围: 50×50 μm2@300 K, 30×30 μm2@4 K -商业化探针-可升级PFM, ct-AFM, CFM，cryoRAMAN, atto3DR等功能图5. 低温强磁场原子力磁力显微镜以及attoDRY2100低温恒温器（点击查看详情）

5月7日，美国材料研究学会(Materials Research Society，MRS)官方网站的“材料研究当前新闻”(Current research news of Materials News)栏目，以“光栅刷子能清洁原子力显微镜的探针针尖”为题，报道了哈尔滨工业大学化工学院甘阳教授发表在Ultramicroscopy上的原创性研究成果(合作者为墨尔本大学的Franks教授，“Cleaning AFM colloidal probes by mechanically scrubbing with supersharp ‘brushes’”, Ultramicroscopy, Volume 109, Issue 8, July 2009, Pages 1061-1065.)。这是甘阳教授继2009年受邀在《表面科学报告》(Surface Science Reports)上发表独立署名特邀综述后，又一引起国际关注的成果。 　　该报道称：“清洁原子力显微镜(atomic force microscope，AFM)针尖是AFM可靠成像和力测量的关键。研究者现在发现，具有超尖刺突的标定光栅作为‘刷子’，可用来机械清除AFM探针上的污染物，这是通过把探针在加大力的恒力模式下扫描刺突来实现。这一方法，不但能用来无损、高效地去除有机和无机污染物，而且可以实现污染物去除和探针研究的一步完成。此外，该方法既可用来清洁胶体/颗粒探针，也可以用来清洁标准AFM针尖。” 　　甘阳教授认为，作为一种新型的表面污染物“定点”清除方法，该方法的应用远不限于清洁原子力显微镜探针，更有望在广泛的表界面研究、微电子等领域中得到广泛的应用。

table border=" 1" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" width=" 600" tbody tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 成果名称 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " 低温扫描探针显微镜-分子束外延联合系统 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 单位名称 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " 中科院物理研究所 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 联系人 /p /td td width=" 177" p style=" line-height: 1.75em " 郇庆 /p /td td width=" 161" p style=" line-height: 1.75em " 联系邮箱 /p /td td width=" 187" p style=" line-height: 1.75em " qhuan_uci@yahoo.com /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 成果成熟度 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " √正在研发 □已有样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 合作方式 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " √技术转让 & nbsp & nbsp √技术入股 & nbsp □合作开发& nbsp √其他 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 成果简介： /strong br/ & nbsp & nbsp /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/d3e8deb8-9a73-4570-b633-d2de2a65bcdd.jpg" title=" LT-STM-MBE.jpg" width=" 350" height=" 347" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 350px height: 347px " / /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp br/ /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp 该系统是针对SPM的专业研究应用所研发的。采用自制杜瓦型低温恒温器，可获得最低5K的低温，制冷剂利用效率高。特殊设计的扫描探头结构紧凑、体积小巧，具有极好的机械和温度稳定性。兼容目前主流商业化样品架，可原位更换针尖、样品和沉积分子/原子。集成了基于tuning fork技术的AFM，可在STM和AFM两种模式下工作。系统同时集成了专业的MBE腔体和独立的样品处理腔，具有液氮的冷屏和多达7个蒸发源安装位置，可以通过RHEED和LEED等手段监控生长。尚在研发中，主要技术指标待测。 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 应用前景： /strong br/ & nbsp & nbsp & nbsp 纳米表征和研究的重要工具，国内每年需求量在数十台。 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 知识产权及项目获奖情况： /strong br/ & nbsp & nbsp & nbsp 发明专利：201510345910.8 /p /td /tr /tbody /table p br/ /p

日前，由中国科学技术大学工程科学学院黄文浩教授主持制订的国际标准“扫描探针显微镜漂移测量方法(ISO11039:2012)”已由国际标准化组织正式发布。 　　自20世纪80年代扫描探针显微镜(Scanning-probe microscopy，SPM)发明以来，由于其具有原子量级的分辨能力，极大地促进了纳米科学技术的发展，并已逐步形成了一种高新技术产业。SPM的工作原理是通过微小探针在样品表面进行扫描，将探针与样品表面间的相互作用转换为表面形貌和特性图像。由于扫描速率较慢，漂移现象在扫描过程中普遍存在，这制约了SPM在纳米测量和纳米加工方面的进一步应用。 　　黄文浩教授近二十年来一直从事纳米技术与精密仪器领域的研制工作。在2006年，他向国际标准化组织ISO/TC201(表面化学分析技术委员会)提出了“扫描探针显微镜漂移速率测量方法标准”的提案，目的是要将SPM工作时纳米/秒的漂移大小和方向测量出来，以规范这类仪器的使用方法。2007年该提案正式立项，黄文浩教授被指定为该项目工作组的召集人。经过四年多的努力，SPM漂移测量方法标准的最终草案于2011年经全体成员国投票后顺利通过，并于2012年正式发布。 　　该标准定义了描述SPM在X、Y和Z方向的漂移速率的专业术语，规定了SPM漂移速率的测量方法和测量程序，对仪器的功能和工作环境以及测量报告内容均作了严格要求。该标准为SPM仪器生产厂家制定了漂移速率的有效参数规格，并且能帮助用户了解仪器的稳定性，以便设计有效的实验。该标准不仅适用于基于SPM测量图像的漂移速率评价方法，对其它纳米级测量仪器稳定性的评价也有着重要参考价值。 　　相关研究工作受到国家自然科学基金、中科院知识创新工程重要方向性项目和科技部973项目资助。 　　背景资料： 黄文浩教授 博士生导师 　　1968年毕业于清华大学精密仪器及机械制造系精密仪器专业。1978年至今在中国科技大学精密机械与精密仪器系任教，现任教授，博士生导师。其中1989-1991年，西班牙马德里自治大学， 1993-1994年日本东京大学访问学者。主要研究领域：微纳米制造和测量技术 SPM科学仪器技术 飞秒激光微纳米加工技术 纳米技术与标准化。曾承担国际科技合作项目有： 中-日大学群合作先进制造领域中方负责人(1996-2002)，中国-西班牙国家级科技合作项目(2001-2004) “纳米技术与仪器”负责人。主持国家自然科学基金面上项目、重点项目、973子课题等多项。在国内外刊物发表论文200余篇。现任国家纳米技术标准化委员会委员，国际标准化组织ISO/TC201/SC9/WG2召集人。《光学 精密工程》《纳米技术与精密工程》杂志编委。2011年担任国际纳米制造趋势论坛NanoTrends2011组委会主席。2011年当选国际纳米制造学会会士(Fellow of ISNM)。

Park纳米科学原子力显微镜系列讲座培训一原子力显微镜在纳米研究中的应用：AFM的成像原理2021年5月25日(周二)北京时间下午3:30-4:30原子力显微镜(AFM)作为扫描探针显微镜家族的一员，具有纳米级的分辨能力，其操作容易简便，是目前研究纳米科技和材料分析的最重要的工具之一。此外原子力显微镜还具有摩擦性能，纳米机械性能和电学性能等高级性能。 在本研究中，我们将讨论接触模式、非接触模式和轻敲模式等原子力显微镜使用中的不同操作模式；内容将概括到从原子力显微镜测量中常用的原子相互作用的基本理论，到原子力显微镜的主要硬件组成。本讲座还将讨论各模式的关键点(如设定值、反馈)。 在接触模式下，系统会给探针恒定的力作为设定的基准点也就是设定点来物理接触样品。扫描期间为了维持这个设定点而进行反馈。在三种模式中，原理相对简单。然而，由于接触模式很容易对针尖和样品造成损伤。相比之下，非接触模式允许在不接触表面的情况下进行形貌测量。因此，可以很好地保护针尖和样品。轻敲模式与非接触模式原理相似，在扫描过程中，探针轻触样品表面，以获得测量材料属性分布的额外信息(例如模量分布)。 本次讲座主要针对AFM原理的基础知识，帮助大家了解探针和样品之间的相互作用。由三种模式测出的图像对比也将在讲座中呈现。报告人 : Park原子力显微镜应用科学家Chris Jung Chris Jung, is an Application Scientist for Park Systems Korea - Research Application Technology Center (RATC) department. He received his Master’s degree in Physics from the Kyung Hee University, and his Bachelor’s degree in Physics from Dankook University in South Korea. His major project includes Evaluation of Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) at the perspective of resolution.Park原子力显微镜系列讲座列表（5月-9月） 想了解更多详情，请关注微信公众号：Park原子力显微镜 400电话：400-878-6829 Park官网：parksystems.cn