RHK CUSTOMER SUCCESS IN MIT

RHK公司直致力于服務(wù)各大科研高校，尤其在商業(yè)化定制低溫?zé)o液氦產(chǎn)品，掃描隧道顯微鏡控制器，以及系統(tǒng)集成方案設(shè)計(jì)與化等方面解決了科研用戶的諸多問(wèn)題，同時(shí)在與科研單位不斷地溝通反饋中也在不斷地增強(qiáng)自我學(xué)習(xí)和產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，將產(chǎn)品的勢(shì)與用戶需求結(jié)合。為了讓大家能更進(jìn)步了解RHK產(chǎn)品的點(diǎn)，除了以往標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)化Pan式系統(tǒng)與R9plus控制器之外，本文將重點(diǎn)向大家分享RHK公司PanScan SPM掃描頭集成到客戶自制系統(tǒng)的經(jīng)典案例，以及研究小組如何用RHK的PanScan SPM掃描頭來(lái)克服時(shí)間、資金和*要求所帶來(lái)的的挑戰(zhàn)，成功地將客戶殊研發(fā)定制的UHV SPM系統(tǒng)，包括無(wú)液氦、LHe bath、以及低溫300 mK和外加強(qiáng)磁場(chǎng)等功能高度集成，終取得前沿成果，并發(fā)表在高影響力的期刊上。希望大家能夠在案例中得到啟發(fā)和幫助。

研發(fā)背后的故事

作為所大學(xué)的資深研究科學(xué)家，來(lái)自MIT的穆德拉博士已經(jīng)將目光投向了項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)，即在金屬表面探測(cè)馬約拉納費(fèi)米子。這將需要個(gè)高度穩(wěn)定的STM，它需要在毫開(kāi)爾文溫度下工作，并且能夠在5T的面內(nèi)磁場(chǎng)中準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)。

沒(méi)有商業(yè)STM能夠具有這種能力，因此需要開(kāi)發(fā)種定制儀器。MIT需要選擇家供應(yīng)商來(lái)應(yīng)對(duì)這項(xiàng)艱巨、高風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)中所面臨的復(fù)雜挑戰(zhàn)，以及為什么認(rèn)為產(chǎn)品供應(yīng)商能夠應(yīng)付自如，確保成功！

穆德拉博士在次美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上了解到RHK的低溫掃描頭和R9plus控制器?，F(xiàn)場(chǎng)低溫?zé)o液氦PanScan Freedom系統(tǒng)的演示操作在RHK的展臺(tái)上順進(jìn)行，無(wú)需額外減震臺(tái)，周圍展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境下，也能輕松實(shí)現(xiàn)原子分辨率結(jié)果，更不需要殊的系統(tǒng)隔離環(huán)境噪音和振動(dòng)，這讓穆德拉印象格外深刻。

“The real time demo of atomic scale imaging of a topological insulator surface at the APS March meeting, in that essentially street level setting with the cryogenic compressor running is simply awesome. All these physicists walking by and tapping on it did not make any difference… It is very impressive!”

雖然RHK的PanScan和R9plus控制系統(tǒng)已經(jīng)很成熟，但對(duì)于個(gè)性化定制的mK系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，還是會(huì)存在很多不確定性和挑戰(zhàn)。穆德拉博士需要選擇個(gè)mK低溫恒溫器，同時(shí)mK低溫恒溫器的設(shè)計(jì)需要配有個(gè)門的可拆卸掃描頭，并要求安裝在個(gè)非常高的低溫恒溫器的底部。Janis Research被選中提供mK低溫恒溫器。超導(dǎo)磁體部分則由低溫磁體Cryomagnetics提供。

隨后，RHK和Janis同意合作，用他們多年的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)個(gè)具有*功能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)不會(huì)影響掃描頭和低溫恒溫器的性能。RHK在保持核心PanScan掃描頭功能標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，建立了*且穩(wěn)固的線路信號(hào)傳輸系統(tǒng)，將掃描頭牢牢固定在低溫恒溫器底座的磁鐵內(nèi)部。

除此之外，RHK還設(shè)計(jì)了另種靈活機(jī)制，可以使掃描頭在恒溫器底座直接解鎖，輕松將掃描頭升起傳送到load lock的第二。這個(gè)操作位置可以允許室溫下快速更換探針和樣品，并且能夠在掃描頭返回低溫恒溫器底部之前直觀反饋室溫操作情況，從而有效消除冷卻循環(huán)與不完善的針尖或樣品帶來(lái)的熱量損失，大大提高工作效率并節(jié)省大量的氦氣。

所有RHK元件的設(shè)計(jì)都與Janis mK低溫恒溫器的結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)兼容。兩者按設(shè)計(jì)可以相互操作，成像時(shí)可達(dá)到并保持350 mK的低溫度。這個(gè)定制的聯(lián)合工作系統(tǒng)目前已經(jīng)在麻省理工學(xué)院Moodera博士的實(shí)驗(yàn)室安裝和測(cè)試，運(yùn)行非常順，并提供了強(qiáng)大的成像性能。以下圖片是他發(fā)表的研究摘錄。

“Having worked with an STM for a couple of years, I can clearly appreciate the magnitude of this fantastic accomplishment by RHK Technology. I am totally confident in our choice…a custom built mK STM/nc-AFM from RHK”

現(xiàn)在Moodera博士正與RHK合作，通過(guò)重新設(shè)計(jì)掃描頭內(nèi)部架構(gòu)來(lái)拓展他的STM系統(tǒng)能力，以整合進(jìn)掃描功能。RHK無(wú)償提供掃描頭設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)支持，以使他們能夠在挑戰(zhàn)性的未來(lái)實(shí)驗(yàn)中充分發(fā)揮RHK產(chǎn)品點(diǎn)。

SYSTEM

定制的PanScan STM頭安裝在Janis研究公司的300 mK He3低溫恒溫器中，系統(tǒng)內(nèi)部掃描頭可原位傳送至中轉(zhuǎn)腔load lock，用于樣品/針尖更換，同時(shí)在冷卻至mK基準(zhǔn)溫度前可進(jìn)行成像前探針和樣品測(cè)試，確定樣品和探針的工作狀態(tài)。冷卻后的掃描頭可以在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，即使沒(méi)有任何內(nèi)部主動(dòng)隔振，整體設(shè)計(jì)也可以確保系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和低噪音。

Figure 1 MIT系統(tǒng)內(nèi)部集成設(shè)計(jì)效果實(shí)物展示

Figure 2 具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)展示

RESULTS

Figure 3 Superconductivity in the Surface State of Noble Metal Gold and its Fermi Level Tuning by EuS Dielectric； Physical Review Letters PHYSICAL REVIEW LETTERS 122, 247002 (2019)

Figure 4 Signature of a pair of Majorana zero modes in superconducting gold surface states； Proceedings of National Academy of Science PNAS April 21, 2020 117 (16) 8775-8782