91儀器信息網(wǎng)訊 材料對于推動生產(chǎn)力發(fā)展和社會進步起著舉足輕重的作用。關鍵材料的研發(fā)周期更是直接決定了相關領域的發(fā)展進程。材料基因組技術的出現(xiàn)為快速構建精確的材料相圖，縮短材料的研發(fā)周期帶來了希望。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心技術部電子學儀器部郇慶/劉利團隊一直致力于科研儀器裝備的自主研發(fā);超導國家重點實驗室金魁/袁潔團隊專注于基于高通量組合薄膜技術的新超導體探索和物理研究。兩團隊經(jīng)多年合作成功研制并搭建了一臺高通量連續(xù)組分外延薄膜制備及原位局域電子態(tài)表征系統(tǒng)。作為目前國際上最先進的第四代高通量實驗設備，審稿人和項目驗收專家組均給予了高度評價，認為該設備實現(xiàn)了研究應用和核心技術上的創(chuàng)新突破，解決了現(xiàn)有技術的諸多缺陷和不足，將成為材料基因研究的重要工具，并有望在推動多個領域的前沿研究中發(fā)揮重要作用。

組合激光分子束外延-掃描隧道顯微鏡聯(lián)合系統(tǒng)：(a)三維設計圖；(b) 實物照片

該系統(tǒng)采用的關鍵技術為研發(fā)團隊首次提出，核心部件均自主研發(fā)，具備多項獨特優(yōu)點：

1)采用專利的旋轉掩膜板設計，避免累積誤差和往復運動的問題，大大提高了系統(tǒng)運行精度和穩(wěn)定性;

2)特殊設計的STM掃描頭能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍XY移動( 10 mm)和高精度定位(定位精度優(yōu)于 1 m);3)完備的傳遞設計可實現(xiàn)樣品、針尖、靶材的高效傳遞，并易于未來功能擴展。

該儀器研發(fā)歷時4年多，設計版本多達50多個，并完成了全面的性能測試。他們利用自研系統(tǒng)制備了高質(zhì)量的梯度厚度FeSe樣品，得到可靠的超導轉變溫度隨厚度的演變關系。在HOPG樣品、金單晶樣品、BSCCO樣品以及原位生長FeSe樣品表面均獲得了高清原子分辨圖像，并測量了BSCCO樣品局域超導能隙掃描隧道譜。目前，該系統(tǒng)已用于研究高溫超導機理問題和新型超導材料探索。

組合薄膜制備技術作為材料基因組核心技術之一經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，即共磁控濺射技術、陣列掩膜板技術和組合激光分子束外延技術。目前，組合薄膜生長往往采用往復平行位移掩膜板的方式，這樣不可避免造成累積誤差，直接影響到薄膜制備過程中組分控制的精度。此外線性掩膜板反復變向及加減速操作也會加速機械部分磨損，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。另一方面，目前對組合薄膜高通量快速表征技術也存在不足，很多傳統(tǒng)方法無法直接用于組合薄膜表征。以掃描隧道顯微鏡(STM)為例，其對樣品表面清潔度具有很高的要求，通常需要原位解理或制備樣品;此外，有限的樣品移動范圍和不具備精確定位功能限制了STM在組合薄膜表征上的應用：大多數(shù)商業(yè)化STM樣品移動范圍一般僅為數(shù)毫米且不具備定位功能。對于連續(xù)組分薄膜性質(zhì)的研究來說，實際的測量位置與樣品組分是一一對應的，失去了位置坐標就失去了組分的信息。因此，發(fā)展更加精確的高通量薄膜制備和原位表征手段十分必要，并對包括超導材料在內(nèi)的多個前沿研究領域具有重要意義。