分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，简称MBE）是一种高度复杂的材料生长技术，通过设计适当的衬底与合适的生长条件，沿衬底材料晶轴方向逐层生长薄膜。由于衬底温度高度可控、可完全由热力学控制生长完美膜层、束流强度易于精确控制、膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整，以此种方式生长的薄膜材料可具有更丰富的组分、更少的原子级缺陷、更复杂的层间工程调控性能，在半导体器件、量子器件、磁性材料等新兴领域，都有着广泛的应用。设计MBE系统需要掌握复杂的物理、化学、材料和工程原理，以及具备丰富的经验和深厚的技术实力， 包括精密的源炉-腔体设计、超高真空技术、精准的束流控制、高温高能量条件下材料生长等方面的技术。 本课题组对于分子束外延技术的研究分以下几个方面：1. 探究优化生长过程中的温度、压力、束流控制等工艺。2. 互联互锁及系统综合控制，开发研究控制器硬件电路及自动控制软件。 3. 与本课题组的表征技术结合，通过原位或转移方式测量表征MBE生长样品的物理化学性质。4. 大尺寸基底的分子束外延系统结构设计，对系统的温场、束流场进行仿真模拟并正向引导设计修改，从而超越传统MBE达成大尺寸温场均匀性和束流场均匀性，实现大尺寸均匀沉积MBE，突破国际上技术的封锁，打造出具有自主知识产权和工艺方法的整套MBE设备系统和工艺流程。

扫描探针显微术（SPM）是与扫描隧道显微镜（STM）的同时发展起来的各种新型探针显微技术的统称，现代电子和微加工技术的发展已经可使如高分辨原子力显微镜（HR-AFM）、扫描近场光学显微镜（SNOM）、太赫兹技术（THz-STM）等前沿技术集成在一台超高真空STM设备中，是超高分辨显微技术的重要组成部分。 伴随着关键技术的突破和创新，SPM已经成为研究纳米尺度上物理、化学、生物、材料结构和电子态性质的有力工具，极大地推动了纳米科学的发展。

作为一种技术含量极高的高精尖科学仪器装备，SPM系统涉及超高真空、低温、极低振动、精密电子、软件控制等诸多技术领域，目前国内国际上各实验室使用的SPM 设备绝大多数为外国品牌，因此，该类系统的自主研发对我国的基础科研和产业应用都具有重要的意义。

本课题组的一个重要研究方向是进行SPM关键技术的深度自主研发，主要涵盖低温STM、变温STM以及无液氦STM等系统和控制技术开展技术研发，研制和开发一批新装置、 新技术、核心关键部件和成套系统，并应用于科研中，为相关科研项目、仪器设备研制专项、大科学装置和科技平台提供有力的技术支撑，打破国外仪器公司对该技术领域的长期垄断。

以纳米材料表征设备中的电子学为基础，发展高压电源、精密测量、工业控制等各个方向的电子学技术，构建高端科研仪器的电子学技术平台， 然后推广到科研仪器控制的各个领域。从而突破国外的技术封锁，摆脱国内科研对进口仪器的技术依赖，发展国产高端科研仪器。