闭循环无液氦扫描探针显微镜

超低震动闭循环低温系统的研发一直是低温领域的难题，本课题组针对这一难题，提出全新一代的远端液化闭循环制冷方案，颠覆已有的近端制冷方案，具有减震效果好、温度更低、温度更稳定、系统安装简单、超高真空兼容、运行成本低、安装灵活（连续流恒温器不受安装角度限制）、可移植性强（便于升级现有湿式系统）、可扩展性强（升级制冷机和制冷工质获取更低制冷功率）等特点，应用于SPM等对震动敏感的低温实验中，助力我国在低维材料、拓扑量子及未来信息科学技术等领域的科学研究，奠定我国在闭环制冷低震动系统上的国际领先地位，同时为进一步实现1K以下超低温低震动设备的研制打下基础。

超高真空变温扫描隧道显微镜系统

在北京市科委首都科技条件平台重大科学仪器开发培育项目和科技部国家重大科学仪器设备开发专项资助下，设计搭建了1套基于“甲壳虫”型扫描探头的变温扫描隧道系统， 其中整个真空系统的设计、扫描探头等核心部件、电子控制单元等均为自主研制开发。系统研制完成后，已用于多个课题的科学研究：并在有机分子和金属团簇在金属表面的生长【 Phys. Chem. C 119, 8208-8212(2015); Chin. Phys. B , 24 (7) 076802(2015)】、有机分子在单晶表面的聚合反应【J. Phys. Chem. C, 2017, 121(39): 21650-21657 】、固态碳源制备石墨烯【Appl. Phys. Lett. 110, 213107(2017)】、分子内部质子隧穿过程的观测【J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 1536−1541 】、IrTe2的生长与低温相变研究【Chin. Phys. B Vol. 29, No. 7 (2020) 078102】、AgTe材料的STM研究【Chin. Phys. Lett. 36, 028102 (2019)】等课题研究上取得了多项成果。

新型光学-扫描探针显微镜及分子束外延联合系统

在科技部国家重大科学仪器设备开发专项资助下，课题组成员核心参与研制了新型光学-扫描探针显微镜及分子束外延联合系统4套。该系统具有光信号到达隧穿结的引入和引出通道，在传统STM系统电学激发电学探测的基础上，可以进一步实现光学激发电学探测、电学激发光学探测以及光学激发光学探测，很大程度上拓展了传统STM系统的研究应用领域。此外，还将qplus AFM功能以及分子束外延制备功能等集成在该系统中，进一步完善和丰富其功能。目前，全部4套系统已交付用户单位开展多个领域的研究工作。该光学兼容低温扫描探针显微镜系统的详细介绍发表在了2018年的《科学仪器评论》杂志上【Review of Scientific Instruments 89, 113705 (2018); doi: 10.1063/1.5046466】。相关报道请见：

高通量连续组分外延薄膜制备及原位局域电子态表征系统

在“中国科学院科研装备研制项目”支持下，与超导实验室金魁/袁洁团队共同完成了该系统的研发。该系统为国际上首台具有高通量特色并同时具备薄膜生长和表征的尖端仪器，也是材料基因组研究平台的重要技术工作基础。由于采用了全新的具有自主知识产权的连续组分外延薄膜制备核心技术（已申请专利），从原理上解决了现有技术的缺陷和不足。原位局域电子态表征部分也采用了多项原创新技术，实现了样品的大范围移动和高精度定位（分辨率优于1μm），为其在超导薄膜材料的制备及相图研究奠定良好基础。目前该系统已开展超导薄膜的性质研究，成功制备出多批次高质量超导薄膜。该系统详细介绍已发表在《科学仪器评论》杂志上【Rev. Sci. Instrum. 91, 013904 (2020)】。相关报道请见：

四探针扫描隧道显微镜系统的全面升级改造

本课题组成员主持升级改造了一台商业化超高真空四探针扫描隧道显微镜系统。针对其分辨率低，温度漂移大、仅冷却样品且最低温度较高等问题和设计缺陷， 对该系统进行了彻底的改造，增加和改进了弹簧减振和磁阻尼机构、双层热屏蔽罩和热连接通道、扫描机构等。改造完成后四个探针均可获得清晰的原子分辨图像， 并且在降温速度、最低温度、热漂移等性能上都有了大幅提升。相关修改过程已发表在《科学仪器评论》杂志上【Review of Scientific Instruments, 88(6):063704, 2017】。并在二维材料输运性质的研究取得科研成果（【Chinese Physics B, 26 (6) 066801, 2017】、【Nano. Lett. 2017, 17: 5291】、【2D MATERIALS, 2019 10, 6(4)：045033】、【2D MATERIALS, 2019 10, 6(4)：045050】）。相关报道请见：

超高真空分子束外延设备

本课题组研制了III-V族半导体分子束外延设备，已经用于硅基III-V族混合光电集成芯片的研发。该系统能够实现4英寸基片向下兼容，可在超高真空、 低温环境中可实现多达14种不同材料的生长，具有快速进样及多片暂存功能，并具备SPM、RHEED、LEED、QCM、BFM等多种原位生长表征和监测的扩展能力。 系统具有集成化的水电气模块，配置触摸式总控屏幕，可对各腔体真空泵界面实施操作，控制各互联腔体插板阀的开闭，进行薄膜沉积工艺编程， 以及实时监控系统整体工作状态。

分子束外延的核心难点部件主要是分子束蒸镀束源炉和V族裂解束源炉，课题组在构建III-V族半导体分子束外延设备的同时，针对束源炉技术进行了攻关， 全面解决了均匀性和稳定性的重要问题。该设备将首先应用于硅基III-V族混合集成光发射芯片的研究， 对我国摆脱在光电芯片和外延片端受制于欧美的现状具有十分关键的作用。