枪扫描控制器

导读：自2017年来，二维磁性在单层材料中的实现使得二维磁性材料受到了大的关注。范德瓦尔斯磁体让我们对二维限下的磁性有了更进一步的了解，不同磁结构的范德瓦尔斯磁体使得实验上探究二维下的磁学模型成为可能。例如，在单层CrI3中发现Ising铁磁，而XY模型的NiPS3在单层限下的磁性会被抑制。除了这些，有着变磁行为的范德瓦尔斯磁体更为有趣，比如在少层CrCl3中由于奇数层存在着未补偿磁矩，使得奇数层存在着spin-flop转变，而偶数层则没有。目前，现存的二维磁性材料非常稀少，这意味着新范德瓦尔斯磁体的发现，不仅仅有助于二维磁性的研究，更是为二维自旋电子学器件的应用提供了材料基础[1]。相比于传统的三维空间结构，二维层状磁性材料因其原子层间较弱的范德华尔斯作用力，能够人为操控其层间堆叠方式，进而有可能影响其磁耦合特性，为新型二维自旋器件的研制提供新思路。然而，堆叠方式与磁耦合间的关联机制仍不甚明晰，需要借助先进的扫描探针技术才能实现在原子层面的直接实验观测。美国RHK公司所提供的先进R9plus扫描探针显微镜控制器可以有效结合课题组自主研发的扫描探针设备，同时给予高效率的扫描控制，从而可以针对二维磁性材料应用领域展开更为深入的研究。本文重点介绍国内课题组灵活运用RHK公司扫描探针控制器，配合自主研发设计的扫描探针设备所开展的一系列国际前沿性二维材料领域的研究工作，其中各研究工作当前已在国际SCI核心学术期刊发表。科学成果的突破，离不开实验技术的不断攻坚克难。复旦大学物理学系教授高春雷、吴施伟团队通过团队自主研发搭建的扫描探针设备创造性地将原位化合物分子束外延生长技术和自旋化扫描隧道显微镜相结合，在原子层面彻底厘清了双层二维磁性半导体溴化铬（CrBr3）的层间堆叠和磁耦合间的关联，为二维磁性的调控指出了新的维度。相关研究成果以 《范德华尔斯堆叠依赖的层间磁耦合的直接观测》（“Direct observation of van der Waals stacking dependent interlayer magnetism”）为题发表于《科学》（Science）主刊，其中复旦大学物理学系博士后陈维炯为作者[2]。图中所示为陈博士与RHK技术总监进行深入的技术探讨，现场摸索优化测试信号，并详细沟通具体的测量细节，为后续高效率提取高质量大数据做准备。 课题组运用自主研制的自旋化扫描隧道显微镜测量技术，结合RHK公司先进的扫描探针显微镜控制器对自主研发实验设备实现测量调控，团队进一步在原子分辨下获取了样品磁化方向的相对变化，从而实现了实验突破，揭秘材料堆叠方式与磁耦合之间的直接关联性。团队以CrBr3双层膜作为主要研究对象和潜在突破口。双层CrBr3间较弱的范德瓦尔斯力赋予层间发生相对转动和平移的“自由”，从而使堆叠方式多样化成为可能。确实，在实验中获得的CrBr3双层膜具有两种不同的转动堆叠结构（H型和R型），分别对应迥异的结构对称性。其中，R型堆叠结构中，双层膜上下两层间同向平行排列，且沿晶体镜面方向作一定平移；H型堆叠结构中，双层膜上下两层之间旋转了180度，反向平行交错排列。这两种结构均是在相应的体材料中从未发现过的全新堆叠结构。至此，团队率先在原子尺度阐明了CrBr3堆叠结构与层间铁磁、反铁磁耦合的直接关联，为理解三卤化铬家族CrX3中不同成员的迥异磁耦合提供了指导。H型和R型堆叠的CrBr3双层膜自旋化扫描隧道显微镜测量 更多精彩案例： 《Nature》子刊：中国科大扭转双层石墨烯重要进展！ 范德瓦尔斯堆叠的双层石墨烯具有一系列新奇的电学性质（例如，电场可调控的能隙、随扭转转角变化的范霍夫奇点以及一维拓扑边界态等）。当双层石墨烯的扭转转角减小到一系列特定的值（魔角）时，体系的费米面附近出现平带，电子在能量空间高度局域，电子-电子相互作用显著增强，出现莫特缘体和反常超导量子物态。另一方面，这些新奇的性质与双层石墨烯体系的扭转角度有着严格的依赖关系，体系层间相互作用随着转角减小会逐渐增强，因此探寻和研究这种层间耦合对理解扭转双层石墨烯的电子结构和物理性质至关重要。中国科学技术大学合肥微尺度物质科学研究中心国际功能材料量子设计中心（ICQD）物理系秦胜勇教授与武汉大学袁声军教授及其他国内外同行合作，利用扫描隧道显微镜和扫描隧道谱，次在双层转角石墨烯体系中发现了本征赝磁场存在的重要证据，结合大尺度理论计算指出该赝磁场来源于层间相互作用导致的非均匀晶格重构。相关研究成果以“Large-area, periodic, and tunable intrinsic pseudo-magnetic fields in low-angle twisted bilayer graphene”为题，于2020年发表于《自然通讯》（Nature Communications 2020,11,371）上[3]。图：小角度双层石墨烯中本征赝磁场的发现。对于转角为0.48度的双层石墨烯，在不加外磁场情况下，实验发现了贋朗道能（图b），理论计算进一步验证了这种贋磁场行为（图c），并估算出贋磁场值大约为6特斯拉（图e）。 该团队系统研究了小角度下（RHK公司提供的R9plus扫描探针显微镜强有力的为国内自主研发技术提供有力保障，除了在科研领域内重点关注的二维材料发挥重要作用以外，也对国内其它相关扫描探针设备研发领域课题组提供技术支持。中国科学技术大学陆轻铀教授团队与中国科学院强磁场科学中心、新加坡国立大学等单位合作，利用扫描探针控制器实现了高精度的磁力显微镜观察表征，报告了在超薄BaTiO3/SrRuO3 (BTO/SRO)双层异质结构中发现铁电体（FE）驱动的、高度可调谐的磁性斯格明子。在BTO中，FE驱动的离子位移可以穿过异质界面，并继续为多个单元进入SRO。这种所谓的FE邻近效应已经在不同的FE/金属氧化物异质界面中得到了预测和证实。在BTO/SRO异质结构中，这种效应可以诱导相当大的DMI，从而稳定强大的磁性物质。此外，通过利用BTO覆盖层的FE化，可以实现对斯格明子性质的局部、可逆和非易失性控制。这种铁电可调的斯格明子系统为设计具有高集成性和可寻址性的基于斯格明子的功能设备提供了一个潜在的方向。相关成果以题为“Ferroelectrically tunable magnetic skyrmions in ultrathin oxide heterostructures”发表在了Nat. Mater.上[4]。B20S5样品中磁性斯格明子的磁力显微镜表征 除此之外该课题组也对二维过渡金属硫化物材料MoTe2温度依赖的表面STM图像、电子结构、晶格动力学和拓扑性质进行了研究。研究结果以Uniaxial negative thermal expansion and band renormalization in monolayer Td-MoTe2 at low temperature为题，发表在美国物理学会杂志《物理评论B》上。该工作为二维过渡金属硫化物材料MX2的低温研究、实验制备和器件开发提供了直接的理论支持，其揭示的MoTe2低温下反常物性的内在物理机制对其它具有内在MX2八面体结构畸变的二维材料同样具有参考价值[5]。学术工作之外，该课题组在仪器设备研发方面也取得了优异的成果，课题组在国际上次研制成功混合磁体端条件下原子分辨扫描隧道显微镜（STM），相关研究成果发表在显微镜领域著名期刊Ultramicroscopy和著名仪器刊物Review of Scientific Instruments上。此工作利用混合磁体搭配RHK公司扫描探针设备开展原子分辨成像研究，对于突破当前超强磁场下只能开展输运等宏观平均效果测量的瓶颈，进入到广阔的物性微观起源探索领域，具有标志性意义。同时，课题组又针对超强磁场下的生物分子高分辨成像，搭建了一套室温大气环境下的分体式STM。该系统将一段螺纹密封式胶囊腔体通过一根长弹簧悬吊于混合磁体中心，并将STM核心镜体悬吊于胶囊腔体内用以减弱声音振动干扰。经测试，该STM在27.5特斯拉超强磁场下依然保持原子分辨。由于没有真空、低温环境的保护，搭建混合磁体超强磁场、超强振动和声音环境下的室温大气STM难度更大。此前，国际上还未曾报道过水冷磁体或混合磁体中的室温大气STM[6]。混合磁体STM系统：（a）混合磁体照片；（b）混合磁体STM系统简图；（c）STM镜体；（i-iv）分别为0T、21.3T、28.3T、30.1T磁场强度下石墨的原子分辨STM图像。 参考文献：1. Peng, Y., et al., A Quaternary van der Waals Ferromagnetic Semiconductor AgVP2Se6. Advanced Functional Materials, 2020. 30(34): p. 1910036.2. Chen, W., et al., Direct observation of van der Waals stacking-dependent interlayer magnetism. Science, 2019. 366(6468): p. 983-987.3. Shi, H., et al., Large-area, periodic, and tunable intrinsic pseudo-magnetic fields in low-angle twisted bilayer graphene. Nat Commun, 2020. 11(1): p. 371.4. Wang, L., et al., Ferroelectrically tunable magnetic skyrmions in ultrathin oxide heterostructures. Nat Mater, 2018. 17(12): p. 1087-1094.5. Ge, Y., et al., Uniaxial negative thermal expansion and band renormalization in monolayer Td?MoTe2 at low temperature. Physical Review B, 2020. 101(10).6. Meng, W., et al., 30 T scanning tunnelling microscope in a hybrid magnet with essentially non-metallic design. Ultramicroscopy, 2020. 212: p. 112975.

16年前SANS开发出国内顶尖DCS控制系统，也是在这个时候DCS技术在国内被应用到试验机控制系统中。今日MTS-SANS强强联手，将原DCS-300控制器全面升级，开发出更高端的试验机控制系统-SANSFLEX，这款控制器将全面应用到SANS电子万能试验机和静态液压万能试验机中。MTS再次引领静态控制器的飞跃！欢迎报名进一步了解！全面讲解 报名有礼MTS-SANS SANSFLEX新控制器视频讲解在线报名SANSFLEX全面视频讲解，6月3日-6月8日 ，限时放送。即刻报名，即有机会获得精美礼品，先到先得！ 报名观看方式 扫描并识别上方二维码进入报名通道参与报名。后续会有专门工作人员发送观看链接。Tips：资源限时过期，报名成功记得在活动时间内观看视频讲解哦！MTS-SANS 万能试验机 ，静态液压试验机与SANSFLEX控制器DCS-300控制器全面升级为SANSFLEX控制器更酷外观，更优的质感接口说明，使用更简单性能提升，数据更稳定精确安全升级，试验更安心̷̷SANSFLEX新控制器接口面板选择灵活的接口面板选项可按照客户需求灵活配置实惠首选合适才最好MTS美国总部MTS系统公司（MTS Systems Corporation，简称MTS ）成立于1966年，在美国纳斯达克独立上市，总部位于美国明尼苏达州，是全球知名的力学性能测试系统、仿真系统和传感器供应商。MTS产品被广泛应用于各行各业，提高产品品质，加快研发进度，包括材料力学性能测试、土木工程结构测试、航空航天以及汽车耐久性、性能测试与仿真等领域，其先进高性能传感器用于各种振动、压力、位置、声学和载荷测量。美特斯工业系统（中国）有限公司是MTS在中国的全资子公司。2008年，MTS正式收购中国知名的静态材料试验系统供应商新三思（SANS）。SANS 正式成为 MTS 公司静态测试业务旗下品牌，SANS的加入，大大增强了MTS满足中国日益增长的试验需求的能力，并凭借中国制造的平台向全球更大范围的客户提供更实惠的测试解决方案。

从1983年至今，美国RHK Technology Inc.的扫描探针控制系统凭借其的软硬件技术得到了全球广大用户的认可和青睐，其超过1500套的销量遥遥于市场上的其他同类产品。RHK公司系列控制器在国内拥有包括清华大学、北京大学、中科院物理所，复旦大学、上海交通大学，中国科技大学等一大批知名用户单位，为众多科学研究辅以了有力支持。为了更好地适应和匹配广大科研工作者的各类需求，RHK公司对其新一代多功能扫描探针控制平台进行了配置和功能的划分，推出了基础型（R9e）和增强型（R9plus）两款产品，R9e控制器可控制所有类型的STM。增强型R9plus则增加了AFM控制功能，以满足更多科研实验需求。图1 R9plus扫描探针控制器这两款控制单元均采用单箱集成构架，集成低噪声高压放大器、模数/数模转换接口、反馈回路、锁相放大器、锁相环以及数字振荡器等相同硬件模块（图1）。其配合前置放大器和PMC100粗进针马达控制模块，可在提供好性价比的同时大程度上满足客户对扫描探针显微(如STM /AFM /KPFM)多种工作模式的控制需求。作为基础型控制器，R9e的主要特点如下：★ 全数字化的专用硬件系统：高速数据采集带宽达100 MHz，噪音低★ 好兼容性：与所有类型的STM都能连接使用★ 单的R9e 控制单元：除了实现STM/STS（图2）控制功能外，其内部集成的锁相环/ 振荡器/反馈回路等硬件模块，可通过升软件功能控制AFM和KPFM等工作模式 ★ IHDLTM软件系统（图标式硬件描述语言）可以轻松实现对硬件和实验过程的定义与编辑，其特的设计思路和开放性的软/硬件配置为研究领域的拓展奠定了坚实的基础。图2 R9plus扫描探针控制器获得的高分辨STM图像和STS谱（超导能隙）值得欣喜的是，想要同时实现对STM/AFM的控制，只需要将控制器进行简单升。该升过程不需要增加任何硬件，只要通过控制软件开启锁相回路/ 振荡器/反馈回路等硬件对应功能即可实现。近年来，扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）的协同工作已经得到了广泛的应用，R9plus控制器配合RHK公司的低温无液氦扫描隧道显微镜（Helium-Free LT - STM，变温范围9K -400K），可以帮助用户轻松地在低温超高真空环境下开展科研工作（图3）。 图3 R9plus扫描探针控制器连同RHK公司闭循环低温无液氦STM/AFM系统同时测量的原子分辨STM和qPlus-AFM图像期待此次基础型（R9e）和增强型（R9plus）两款控制器的推出，能够满足更多科研用户的实验需求，助力广大科研工作者取得更优异的科研成果！ 相关产品及链接：1、R9plus扫描探针显微镜控制器：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C44532.htm2、R9 扫描探针显微镜控制器：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C159539.htm3、款无液氦低温STM/qPlus显微镜系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C205015.htm4、RHK扫描探针显微镜 ：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C44442.htm