中科院物理所真空互联平台与多自由度低温样品架交付使用

2019年5月，费勉仪器科技（上海）有限公司（FERMI INSTRUMENTS）设计制造的真空互联平台RDC820和多自由度低温样品架在中国科学院物理研究所完成安装验收，各项指标均达到设计要求，正式交付表面物理国家重点实验室吴克辉研究员课题组（http://surface.iphy.ac.cn/sf09/index-cn.html）。

吴克辉研究员课题组，主要从事表面和新型低维量子材料探索、物性研究，利用分子束外延生长（MBE）、扫描隧道显微镜（STM）等手段在原子尺度上控制物质的结构、观察分子物质的结构与物理性质的关系，获得对材料物性的深入理解。

本次搭建的角分辨光电子能谱（ARPES）系统正是对二维材料原位电子结构测量的强力手段，同时也是对STM的互补。此次整机系统由德国SPECS公司负责设计和搭建，其中两个核心模块：多自由度低温样品架和真空互联平台由FERMI INSTRUMENTS提供。

核心模块一 | 多自由度低温样品架

角分辨光电子能谱所需要的关键设备包括：高亮度光源、电子能量分析器和多自由度变温样品架等。随着凝聚态材料物理研究的深入，对ARPES的分辨率提出了更高的要求，希望系统整体能量分辨率达到1 meV量级。目前的光源和能量分析器均已达到了1 meV的分辨率，瓶颈在于样品能达到的最低温度。另外，对一些低温相变的材料，例如超导体，实验所能达到的最低温度更是揭示其新奇量子物态的关键。

FERMI INSTRUMENTS 自主研发的多自由度低温样品架，实现了低温（液氦温区）和多自由度运动两个条件的结合。在提供多自由度（5个马达控制的自由度，第6个自由度为手动控制）的同时，保证了工作温度低于6K（工厂测试为5.6K），而且液氦消耗量远小于同类产品（最低温小于1L/h, 10K 温度小于0.5L/h）。

▲低温样品架降温曲线

核心模块二 | 真空互联平台 RDC820

磁耦合线性传样杆是目前超高真空系统中使用较多的传递组件，但是这类结构空间利用率很低，实际伸缩长度不到杆长度80%，而且传样杆加上子系统只能在直线排布，在空间排布上受到很大制约。

FERMI INSTRUMENTS 自主研发的RDC820采用了超高真空中枢的思路，机械臂可以安装在一个直径700mm的不锈钢腔体内部，不锈钢腔体标配8个对接法兰，机械臂可以从任何一个口伸出820mm（以法兰面为起点），伸缩比远优于普通传样杆结构。除了旋转和伸缩自由度外，RDC820的机械臂还具有以下自由度：

升降，机械臂搭配升降模块后可以整体升降，用来适应不同系统之间的高度差异，这个升降功能也可以用来取/放大块晶圆样品；

旋转，机械臂配合弹道模块可以实现360度的翻转，用来配合不同系统之间的样品取向；

样品托的取放，配合标准的Flag-Type样品托，机械臂可以通过一个巧妙设计的抓取结构实现样品托的取放；

▲费勉RDC820机械臂

FERMI INSTRUMENTS 正在着力打造以RDC820为核心模块的互联生态链，目前，RDC820已经有了超过20种的互联案例，包括：AFM，STM，MBE，XPS，ARPES，LoadLock，高温高压反应池，原位红外光谱，手套箱等等，我们也和多家世界知名厂商建立了长期合作的关系，为用户提供完善的解决方案。

历史上许多重大的科学发现都得益于实验条件的突破或研究手段的拓展，希望FERMI INSTRUMENTS 交付的低温样品架和真空互联平台RDC820能够助力中科院物理所，将新奇材料领域的研究推向一个新高度。