六年磨一剑,上科大承建国内首台纳米角分辨光电子能谱实验站通过国家工艺测试验收

时间:2021-09-16浏览:10设置

6分钟速览NanoARPES实验站搭建过程


近日,张江大科学装置集群再添科研利器——由上海科技大学负责设计研发和建设的上海同步辐射光源纳米角分辨光电子能谱(NanoARPES)实验站顺利通过了中国科学院组织的工艺测试验收。该实验站是上海同步辐射光源二期工程中纳米自旋与磁学线站的重要组成部分。这是我国首台NanoARPES装置,实验站的建成填补了国内相关研究设施的空白,总体参数性能达到国际顶尖水平。


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NanoARPES实验站


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上海科技大学建设团队与实验站合影

(左起:刘芳、刘鹏、吴凡、张敬、王美晓、柳仲楷、张宗霖)



NanoARPES技术通过将同步辐射光斑尺寸聚焦到百纳米量级(传统的ARPES光斑的1/100)获得具有空间分辨能力的角分辨光电子能谱极大地拓展了ARPES的研究体系和范畴。NanoARPES既可高效率地探测极小尺寸的样品或具有相分离的多晶畴材料电子结构,又可开创性地研究样品边缘/畴界等局域空间的电子特性;对于低维材料人工异质结(如Moire体系)电子结构、拓扑量子材料边缘态等前沿科学问题探索更具有独特的优势。目前NanoARPES实验站仅在发达国家同步辐射光束线上部署运行,如美国ALS BL7、英国DIAMOND I05、法国SOLEIL ANTARE、意大利ELETTRA Spectromicroscopy。


国家“十二五”重大科技基础设施项目“上海光源线站工程”部署规划建设“纳米自旋与磁学线站”,其中NanoARPES实验站是国内首套同类装置,由上海科技大学负责建设。从初步设计,建设测试实验站(上海光源BL03U支线)到最终装置搭建历时近6年时间。在整个过程中项目团队自主创新,团结协作,克服了旋转真空腔设计、光路定位与诊断、样品位置精密操纵及稳定性、低温性能等多重技术难关,顺利按时完成项目的建设。


由来自中国科学技术大学、上海交通大学、中国科学院高能物理研究所和复旦大学的5名专家组成项目工艺测试专家组,详细审核了测试内容、测试方法和测试大纲,听取了项目研制报告和自测报告,并进行了现场测试。测试结果表明:NanoARPES实验站的实测光斑、能量分辨率、光通量等各项指标均达到或优于设计指标。其中,实验站水平/竖直方向的空间分辨率均优于200nm,能量分辨率优于10meV@91eV/30K。总体性能达到国际顶尖水平。


NanoARPES实验站的顺利建成及工艺验收意味着我国在此项光子科学先进测量手段上打破了国际垄断,为国内科学家开展相关研究提供了一流的研究平台。目前,该实验站已开始进行系统优化调试并开展了初步科学实验测试,将在不久的将来向全世界的科研用户开放。


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工艺验收现场


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NanoARPES实验站200nm空间分辨率实测结果


NanoARPES实验站的设计与建设由上海科技大学物质学院陈宇林-柳仲楷项目团队完成。其中副研究员王美晓具体负责实验站的整体设计、搭建和工程项目推进;工程师王峰完成多自由度压电陶瓷样品台的研发、改进和液氦温度低温冷头的设计;机械加工中心主任、物质学院副研究员刘芳和大科学中心高级工程师刘鹏为项目的难点攻关和技术改进进行技术支持;特聘教授陈宇林,助理教授柳仲楷负责项目整体的规划、设计和协调管理。课题组内的博士后、研究生、本科生同学为实验站的搭建投入了大量的工作。上科大物质学院及拓扑物理实验室、大科学中心、机械加工中心为项目建设提供了有力的支持。上海光源二期工程团队提供了束线建设及技术支持。


图 文  柳仲楷

排 版  张文杰

编 辑  陈 蕾 高 瑄



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