掃描隧道顯微鏡（STM）作為掃描探針顯微鏡大家庭的代表，具有實空間的原子分辨率和動量空間的高能量分辨率，并可拓展到豐富的測試條件（低溫、強磁場、光場、溶液等），是基礎科學研究領域重要且獨特的測試手段。但是，STM對外界振動和聲音等哪怕很微弱的干擾都異常敏感，所以現有的低溫高場STM設備多是基于振動和聲音干擾都很弱的濕式（浸泡式）超導磁體來搭建，其弊端也逐漸顯現：設備高度依賴液氦的供給，而液氦的供應日趨緊張，運行費用不斷增加；此外，一幅高像素的STM譜圖往往需要數天乃至數周的連續穩定測量，而濕式超導體通常很難一次性維持如此之久。目前的趨勢是由依賴液氦降溫至超導態的濕式磁體逐漸轉向利用氦循環制冷機（無需補充液氦或氦氣的封閉系統）降溫的干式磁體，并且已經在很多測試手段（輸運測試、核磁共振、樣品生長等）中取得應用，但在STM應用領域還屬空白，其主要是因為無液氦超導磁體工作時產生的超強振動和聲學噪音。

　　陸輕鈾課題組長期致力于惡劣條件下的STM研制工作，先后研制出適用于狹小空間惡劣環境原子分辨率STM成像的多種高剛性、高穩定壓電馬達，如GeckoDrive、TunaDriver、PandaDrive和SpiderDrive等及其構筑成的SPM，并在水冷磁體極其惡劣的振動環境下獲得了磁場高達27T的石墨原子分辨率STM圖像，相關成果發表于Review of Scientific Instruments，Ultramicroscopy，Scanning，Nano Research等。研究組先后獲得了20余項國家發明專利的授權。

　　陸輕鈾課題組基于牛津儀器上海Demo實驗室提供的8T干式超導磁體TeslatronPT平臺，磁體配備的可變溫插件（VTI）可實現1.5–300K控溫，其樣品腔直徑為50mm。所研制的插桿式STM系統主要包括：高抗振STM鏡體、減震絕熱插桿、高性能控制器等。STM鏡體采用了SpiderDrivr作為粗步進驅動馬達，外徑僅15mm，這樣可在其外部構建隔音罩并仍能夠植入磁體中；插桿則采用二級隔振和多級隔熱配重結構，有效地阻止了振動傳入和漏熱；自行研發的STM控制器單元擁有多帶寬和多倍數放大選擇，可獲得更加優異的掃描控制表現。經過測試，該STM在TeslatronPT平臺最高磁場8T和接近最低溫度1.6K下給出石墨、NbSe₂超導體等樣品的高質量原子分辨率圖像，并能給出NbSe₂在其超導轉變溫度附近能隙打開過程的隧道電流dI/dV譜。雖然該研究是基于8T干式超導磁體，但技術上也完全適用于更高強磁場的干式超導磁體。

　　強磁場中心的孟文杰與王紀浩為論文的共同第一作者，侯玉斌為共同通訊作者，論文署名單位還包括合肥中科微力科技有限公司。該工作受到科技部、國家自然科學基金委、中科院合肥科學中心、中國科學院科學儀器專項資助。

　　文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304399118301864。

　　圖（a）插桿式STM模型圖；圖（b）變溫條件下對NbSe2的超導能隙的解析；圖（c）0到8T變場過程石墨原子分辨率成像（原始數據）