Scanning Quantum Cryogenic Atom Microscope
局部磁场的显微成像提供了一个了解复杂的和技术相关的凝聚态材料的组织原理的窗口。然而，各种各样的有趣的强相关和拓扑非平凡的材料表现出知之甚少的现象以外的检测能力的国家的最先进的高灵敏度，高分辨率的扫描探针磁强计。我们介绍了一种量子噪声限制扫描探针磁强计，可以从室温到低温工作，具有前所未有的直流场灵敏度和微米级分辨率。扫描量子低温原子显微镜（SQCRAMscope）采用磁悬浮原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC），从而提供对传导和黑体辐射加热的免疫力。它的场灵敏度为1.4 nT/分辨率限制点（$\sim$ 2 $μ$ m），或占空比为6 nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$/点。与逐点传感器相比，BEC的长长度提供了自然的平行测量，允许在与逐点扫描仪顺序测量这些点相同的时间内，以600 pT $/\sqrt{\text{Hz}}$的有效场灵敏度测量近100个点。此外，它具有300 pT的本底噪声，并提供了近两个数量级的磁通量灵敏度的改善（下降到$10^{-6}$ $Φ_0/\sqrt{\text{Hz}}$）比以前的原子探针磁强计能够扫描附近的样品。这些能力，第一次，仔细基准成像磁场所产生的微加工线图案，在一个系统中，样品可以扫描，低温冷却，并很容易交换。SQCRAMscope将提供非常规超导体和拓扑非平凡材料在室温至4 K温度下的电荷输运图像。
2017-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Cryogenic scanning force microscopy of quantum Hall samples: Adiabatic transport originating in anisotropic depletion at contact interfaces
在基于（Al，Ga）As/GaAs异质结的量子霍尔样品上制备了各向异性磁电阻和本征绝热输运特性。我们成功地探测这些运输功能的微观起源与低温扫描力显微镜（SFM）通过测量局部电位分布内的二维电子系统（2DES）。这些局部测量揭示了不可压缩的条带的存在下，在前面的接触与绝缘性能取决于接触/2DES界面线相对于异质结构的晶轴的取向。这样的观察给了“非理想接触”一词另一个微观意义，这个词在应用于量子霍尔效应的朗道-比提克形式主义的上下文中使用。
2010-03-27 cond-mat.mes-hall
Low-temperature-compatible tunneling-current-assisted scanning microwave microscope utilizing a rigid coaxial resonator
提出了一种隧道电流辅助扫描近场微波显微镜的设计方案。为了在低温下稳定运行，制造小型且刚性的微波探针是重要的。我们的同轴谐振探头长度约为30 mm，可以安装在超导磁体的2英寸孔内。探头设计包括一个绝缘接头，可在不降低品质因数的情况下分离直流和微波信号。通过将SMM应用于电不均匀超导体的成像，我们获得了空间分辨率约为200 nm的微波响应的空间分布。此外，我们提出了一个简单的集总元件电路模型的基础上，随着具有不同的电导率的硅片的近场微波测量的SMM探针的分析。
2016-06-09 cond-mat.mes-hall
A low-temperature scanning tunneling microscope capable of microscopy and spectroscopy in a Bitter magnet at up to 34 T
我们提出了一种低温扫描隧道显微镜（STM）的设计和性能，它工作在一个水冷的Bitter磁铁，它可以获得高达38 T的磁场。由于磁体冷却水产生的高振动环境，需要独特设计的STM和减振系统。STM扫描头设计得尽可能紧凑和刚性，以最大限度地减少振动噪声的影响，并符合Bitter磁体的尺寸限制。STM使用差动螺旋机构用于粗尖端-样品方法，并且在低温下在氦交换气体中操作。在T = 4.2 K和高达34 T的磁场下，通过对高取向热解石墨（HOPG）的形貌成像和扫描隧道能谱（STS），证明了STM的可靠性和性能。
2017-07-10 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Low-temperature and high magnetic field dynamic scanning capacitance microscope
我们展示了一个动态扫描电容显微镜（DSCM），工作在大带宽，低温和高磁场。该装置是基于一个非接触式原子力显微镜（AFM）与石英音叉传感器与非光学激发和读出的地形，力和耗散测量。金属原子力显微镜针尖形成了一个射频谐振器的一部分，具有由样品属性和针尖-样品电容调制的传输特性。针尖运动引起在AFM传感器及其谐波的频率下的电容的调制，其可以与AFM数据同时记录。我们使用一个直观的模型来描述和分析的谐振器传输，并表明，对于大多数实验条件下，它是成比例的复杂的尖端样品电导，这取决于尖端样品电容和样品电阻率。我们展示了DSCM的性能下埋在聚合物层的金属盘上，我们讨论了图像记录在二维电子气中的量子霍尔效应制度，即在低温和高磁场，我们直接成像的物理边缘处的样品的可压缩条纹的形成。
2008-12-22 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Direct observation of the Mott gap in strontium iridate with a scanning tunneling microscope
用扫描隧道显微镜研究了单层莫特绝缘体铱酸锶Sr $_2$ IrO $_4$。这种测量技术是独一无二的，因为这种莫特绝缘体的传输特性允许即使在低温下也能进行隧道测量。我们获得了高分辨率的图像的样品表面和微分隧穿电导在不同的低温温度。微分电导是对局部电子态密度的直接测量，它提供了与光学电导率、角分辨光电子能谱和共振非弹性X射线散射（RIXS）实验一致的绝缘间隙。观察到的宽度，这些功能是更广泛的斯莱特近似预测和窄比预测的动力学平均场论。此外，所观察到的态密度，由于磁波动中发现的微分电导的导数，并从拉曼散射和RIXS的结果是一致的。在低温下，观察到额外的低能量特征，表明集体磁激发的分散性发生了变化，这与磁化率一致。
2013-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Microstructure and magnetic anisotropy of electrospun Cu$_{1-x}$Zn$_x$Fe$_2$O$_4$ nanofibers: A local probe study
理解纳米尺度下的现象对于未来改进纳米材料的期望性能具有根本的重要性。我们报告的微观结构和由此产生的磁各向异性的详细调查的磁性，透射电子显微镜（TEM）和穆斯堡尔测量的电纺铜$_{1-x}$锌$_x$铁$_2$ O $_4$纳米纤维。结果表明，静电纺Cu $_{1-x}$ Zn $_x$ Fe $_2$ O $_4$纳米纤维具有近各向同性的磁各向异性。TEM测量表明，纳米纤维是由松散连接和随机排列的纳米颗粒。如Henkel图所示，这些纳米纤维和纳米纤维内的纳米颗粒是偶极耦合的，这降低了有效的形状各向异性，导致纳米纤维内的磁矩的几乎随机的配置，因此，可以容易地理解所观察到的几乎各向同性的磁各向异性。
2011-10-08 cond-mat.mes-hall
Optical microscope and tapered fiber coupling apparatus for a dilution refrigerator
我们已经开发了一个系统，用于稀释制冷机内的光机械谐振器的锥形光纤测量，这是与片上和片外器件兼容。我们的设备具有锥形谐振器耦合条件的全三维控制功能，可实现临界耦合，整体光纤传输效率高达70%。值得注意的是，我们的设计结合了一个光学显微镜系统，该系统由37，000根光纤的相干束组成，用于以$\sim$ 1 $μ$ m的分辨率对实验进行实时成像。我们提出了低温光学和光学机械测量耦合到锥形光纤的谐振器在温度低至9 mK。
2014-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
A Millikelvin Scanned Probe for Measurement of Nanostructures
我们展示了一个扫描力显微镜，石英音叉的基础上，低于100 mK和磁场高达6 T。该显微镜具有用于感兴趣的纳米结构的电探测的导电尖端，并且它结合了低噪声低温放大器以测量音叉的振动和来自纳米结构的电信号。在毫开尔文温度下，成像分辨率在22 μ m × 22 μ m范围内低于1 μ m，并且粗略运动提供几mm的平移。这种扫描探针对于单个样品上的许多高阻抗纳米结构的高带宽测量是有用的。我们展示了在阵列中定位SET的数据，并测量了其库仑阻塞，灵敏度为2.6 x 10^-5 e/Hz ^[1/2]。
2003-11-10 cond-mat.mes-hall
Cryogenic Nano-Imaging of Excitons in a Monolayer Semiconductor
University of Arizona（亚利桑那大学）；University of Tennessee（田纳西大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
该研究利用极低温散射型扫描近场光学显微镜揭示单层MoSe2中纳米级激子分布与无序特性。
2025-05-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Protocol for certifying entanglement in surface spin systems using a scanning tunneling microscope
本研究提出一种利用扫描隧道显微镜认证表面自旋系统纠缠的协议，通过纠缠态独特时间演化特征与相位控制方案，结合弱耦合传感器自旋读出，经模拟验证可在亚开尔文温区测得纠缠相关信号。
2024-01-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Scanning Hall Probe Microscope for high resolution, large area, variable height Magnetic Field Imaging
我们提出了一种在环境条件下工作的扫描霍尔探针显微镜。该显微镜的独特功能之一是使用相同的步进电机进行样品定位和扫描，这使得它可以在x和y方向上具有大的扫描范围（几mm），扫描分辨率为0.1 $μ$ m。已经实施了协议，以使扫描在不同的高度从样品表面。z范围为35 mm。已经开发出尺寸为1-5 $μ$ m的微结构霍尔探针。最小探针-样品距离\textless{} 2 $μ$ m已获得通过组合的新的霍尔探针和探针-样品距离调节使用音叉为基础的力检测技术。该系统还能够记录本地B（z）分布。我们讨论了应用显微镜的微磁体阵列的研究正在开发的应用程序在微系统。* gorky.shaw @ ulg.ac.be.;现住址：
2016-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
An ultra-compact low temperature scanning probe microscope for magnetic fields above 30 T
我们提出了一个高度紧凑的高场扫描探针显微镜（HF-SPM）的设计，在极高的磁场，由一个水冷的Bitter磁铁能够达到38 T的低温下运行。HF-SPM直径为14 mm：Attocube纳米定位器控制压阻AFM悬臂与扫描样品的粗略接近。Bitter磁铁构成了SPM的极端环境，由于振动噪声的高水平; Bitter磁铁噪声在频率高达300 kHz的特点和噪声缓解方法进行了描述。HF-SPM的性能通过高达30 T的地形成像和噪声测量来证明。此外，使用SPM作为三维磁致伸缩测量仪的磁致伸缩测量证明通过测量上的磁挫尖晶石样品。
2018-06-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
An ultra-high vacuum scanning tunneling microscope operating at sub-Kelvin temperatures and high magnetic fields for spin-resolved measurements
介绍了一台能在超高真空和高达9 T的强磁场中工作的超低温扫描隧道显微镜（STM）的结构和性能。STM的低温环境由Single Shot $^3$ He磁体低温恒温器与$^4$ He杜瓦瓶系统组合产生。在基础温度（300 mK）下，低温恒温器的工作时间约为80小时。显微镜的特殊设计允许STM头从低温恒温器转移到UHV室系统，在那里样品和STM尖端可以很容易地交换。超高真空室配备了特定的表面科学处理工具，用于样品和针尖的功能化，包括高温处理和薄膜沉积。这尤其使得能够进行自旋分辨的隧穿测量。我们目前的测试测量使用众所周知的样品和尖端的超导体和金属材料，如LiFeAs，Nb，Fe和W，分别。测试结果表明，STM具有高的空间和能量分辨率以及自旋分辨能力。
2018-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Design and performance of an ultra-high vacuum spin-polarized scanning tunneling microscope operating at 30 mK and in a vector magnetic field
我们描述的设计和性能的扫描隧道显微镜（STM）的基础温度为30 mK的矢量磁场。低温是基于一个超高真空（UHV）顶部加载湿稀释冰箱，其中包含一个矢量磁铁，允许场高达9 T垂直和4 T平行于样品。STM被放置在一个多腔室的超高真空系统中，该系统允许原位制备和交换样品和尖端。整个系统安装在一个150吨重的混凝土块上，由气动隔离器悬挂，安装在一个隔音和电磁屏蔽的实验室中，该实验室针对极低噪声的扫描探头测量进行了优化。我们展示了整体性能，说明原子分辨率和准粒子干涉成像和详细的实验室和显微镜的振动噪声。我们还通过测量Re（0001）的超导能隙来确定电子温度，并说明了Pt（111）上单个Fe原子的自旋激发的依赖于磁场的测量。最后，我们通过对W（110）上Fe双层的磁结构成像来证明自旋分辨率。
2018-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization-preserving confocal microscope for optical experiments in a dilution refrigerator with high magnetic field
我们提出了一种基于光纤的低温共焦显微镜的设计和操作。它被设计为一个紧凑的冷指，适合在超导磁体的孔内，这是一个模块化的单元，可以很容易地在稀释制冷机和其他低温恒温器之间交换使用。我们的目标是在量子光学实验中的应用与半导体中的电子自旋和设计已被优化的驱动，并检测光场具有明确的偏振。这是通过经由保偏光纤的光学接入以及冷指处的Voigt几何结构来实现的，该冷指避免了高磁场中的光学部件中的法拉第旋转。我们的单位是多功能的实验中使用，测量光致发光，反射，或传输，因为我们证明了与施主束缚电子在薄GaAs薄膜的合奏量子光学实验。
2010-10-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
A near-field scanning microwave microscope based on a superconducting resonator for low power measurements
我们报告的低温（300 mK）近场扫描微波显微镜的设计和性能。它使用微波谐振器作为近场传感器，工作频率为6 GHz，微波探测幅度低至100 uV，接近足够低的光子数（N~1000）的谐振器，使相干量子操纵变得可行。该谐振器是由一个小型化的分布式分形超导电路，是集成的探针，微加工到足够紧凑，使它可以直接安装在石英音叉，并用于并行操作的原子力显微镜（AFM）。谐振器磁耦合到传输线读出，并实现增强的灵敏度，我们采用了庞德-德雷弗-霍尔测量方案锁定到谐振频率。我们在针尖周围实现了良好的局部近场，使得微波分辨率与AFM分辨率相当，并且电容灵敏度低至6.4x10^-20 F/rtHz，受到机械噪声的限制。我们相信，这里提出的结果是在纳米尺度上使用近场扫描微波显微镜探测量子系统的重要一步。
2014-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
An Economical and Efficient Helium Recovery System for Vibration-Sensitive Applications
本文提出一种经济高效且紧凑的氦液化回收系统，专为振动敏感低温仪器设计，回收率超94%且振动噪声可忽略，适用于各类液氦实验。
2024-12-03 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Imaging and controlling electron transport inside a quantum ring
传统上，量子输运的理解，相干和弹道1，依赖于宏观性质的测量，如电导。虽然这种方法在与统计理论相结合时很强大，但它无法提供“电子在那里的行为”的详细图像。理想情况下，理解纳米级的传输需要跟踪纳米器件内的每个电子。通过将扫描探针显微镜（SPM）与运输测量相结合，实现了这一目标的重大进展2 - 7。一些研究甚至显示了纳米结构周围的量子传输特征4 - 6。在这里，SPM用于探测开放量子环内的电子传播，展示了电子波干涉现象的原型：Aharonov-Bohm效应8。电导图记录，而扫描的量子环上方的低温原子力显微镜的偏置尖端表明，电子的传播，相干和弹道，可以在原位调查，甚至可以通过调整尖端电位控制。
2006-11-14 cond-mat.mes-hall
Electronic Transport in Gadolinium Atomic-Size Contacts
我们报告的制作，运输测量，和密度泛函理论（DFT）计算的原子尺寸接触了钆（Gd）。已知Gd具有主要与$f$电子相关的局部矩。这些与流动的$s$和$d$带共存，这是其金属特征的原因。在这里，我们将探讨是否以及如何在原子尺度上的本地时刻影响电子输运性质。利用扫描隧道显微镜（STM）和光刻机械可控断裂结（MCBJ）技术在低温条件下，我们研究了Gd的电导时，只有少数原子形成体电极之间的结制成的非常相同的材料。成千上万的测量表明，Gd具有平均最低的电导，归因于原子大小的接触，低于$\frac{2e^2}{h}$。我们对单链的DFT计算预测，$f$带是完全自旋极化的和绝缘的，并且传导可能由$s$、$p$和$d$带主导。DFT量子输运计算定量地再现了零偏置的实验结果，并揭示，虽然$s-p$带是占主导地位的运输，$d$轨道似乎在某些情况下有相关的贡献。
2016-09-14 cond-mat.mes-hall
Low-Temperature Heat Transport under Phonon Confinement in Nanostructures
针对纳米结构中声子受限导致低温传热标准模型失效的问题，提出一种可集成于双温模型的计算方法，揭示声子限制显著降低热容并减缓传热，经NbTiN超导纳米器件实验验证，为低温器件的材料与微结构工程优化提供指导。
2024-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A continuous-wave and pulsed X-band electron spin resonance spectrometer operating in ultra-high vacuum for the study of low dimensional spin ensembles
本文开发了一种运行于超高真空的连续波与脉冲X波段ESR谱仪，利用单晶衬底外延铜膜微带线谐振器，实现了低至15K的表面自旋高灵敏度探测与高级脉冲实验能力。
2024-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
