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(jìn)步起著舉足輕重的作用。關(guān)鍵材料的研發(fā)周期更是直接決定了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程。材料基因組技術(shù)的出現(xiàn)為快速構(gòu)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(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心技術(shù)部電子學(xué)儀器部郇慶/劉利團(tuán)隊(duì)一直致力于科研儀器裝備的自主研發(fā);超導(dǎo)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室金魁/袁潔團(tuán)隊(duì)專注于基于高通量組合薄膜技術(shù)的新超導(dǎo)體探索和物理研究。兩團(tuán)隊(duì)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(jìn)的第四代高通量實(shí)驗(yàn)設(shè)備，審稿人和項(xiàng)目驗(yàn)收專家組均給予了高度評價，認(rèn)為該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了研究應(yīng)用和核心技術(shù)上的創(chuàng)新突破，解決了現(xiàn)有技術(shù)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(lǐng)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(shè)計(jì)圖；(b) 實(shí)物照片

該系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)為研發(fā)團(tuán)隊(duì)首次提出，核心部件均自主研發(fā)，具備多項(xiàng)獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：

1)采用專利的旋轉(zhuǎn)掩膜板設(shè)計(jì)，避免累積誤差和往復(fù)運(yùn)動的問題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行精度和穩(wěn)定性;

2)特殊設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)樣品、針尖、靶材的高效傳遞，并易于未來功能擴(kuò)展。

該儀器研發(fā)歷時4年多，設(shè)計(jì)版本多達(dá)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(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度隨厚度的演變關(guān)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(dǎo)能隙掃描隧道譜。目前，該系統(tǒng)已用于研究高溫超導(dǎo)機(jī)理問題和新型超導(dǎo)材料探索。

組合薄膜制備技術(shù)作為材料基因組核心技術(shù)之一經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，即共磁控濺射技術(shù)、陣列掩膜板技術(shù)和組合激光分子束外延技術(shù)。目前，組合薄膜生長往往采用往復(fù)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(fù)變向及加減速操作也會加速機(jī)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(shù)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(yīng)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(shí)際的測量位置與樣品組分是一一對應(yīng)的，失去了位置坐標(biāo)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(dǎo)材料在內(nèi)的多個前沿研究領(lǐng)域具有重要意義。