《物理学报》“仪器与测量”栏目简介

（Instrumentation and Measurement）

先进的仪器设备和测量方法是推动科学进步的基石。为支持我国科研仪器设备的研发和测量方法的发展，推动物理学在科技创新中发挥更大的作用，《物理学报》新开设“仪器与测量”栏目，重点关注物理学领域及其交叉学科有助于提升物理学研究水平的仪器研制与测量方法发展的创新性工作，推动科研仪器国产化，构建起前沿物理研究和工程应用之间的桥梁。本栏目接收原创性论文、研究快讯和综述，涵盖但不限于以下主题：

（1）新型仪器的设计与研发；

（2）现有仪器设备测量精度和应用范围的提升与拓展；

（3）重要仪器的自主知识产权技术方案；

（4）物理测量极限水平的探索；

（5）先进测量方法的改进、发展和应用；

（6）高通量物理测量新方法与应用；

（7）跨学科的测量问题、解决方案及测量技术的新应用；

（8）尖端仪器及测量方法国际最新动态。

投稿咨询：lvguohua@iphy.ac.cn / 010-82649241

综  述

超冷离子源研究进展

周文长，方锋，罗长杰，牟宏进，卢亮，邹丽平，程锐，杨杰，杜广华

物理学报, 2024, 73(17):173701.

doi: 10.7498/aps.73.20240695

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摘要：纳米离子束是制备束斑直径在微纳米尺度荷能离子束的先进技术，主要应用于高分辨和高精度的离子束分析、离子束加工和离子束材料改性研究，在材料分析、微纳加工、微电子器件制造和量子计算等方面发挥着重要的作用。高品质离子源作为纳米离子束装置的关键部件，其性能指标直接决定着该装置的技术水平。然而，目前常用的传统离子源存在离子种类单一、能散高和结构复杂等问题，已经难以满足新应用场景下的多离子种类和高分辨的要求，突显出研发新型离子源的重要性和迫切性。随着激光冷却技术的日臻成熟，基于光电离冷原子和激光冷却离子技术可以获得温度在mK甚至μK量级的超冷离子，其低温和易于操控等典型特征极大地促进了超冷离子源的发展。超冷离子具有极小的横向速度发散，可以显著提升离子源的亮度和发射度等品质参数，为纳米离子束技术的革新带来了巨大的发展机遇。因此，超冷离子源的研究对于实现更高亮度、更小尺寸、更低能散、更多样化离子种类以及结构更简化的高品质离子源具有重要的意义。本文综述了近年来超冷离子源的研究进展，从制备原理、产生方式以及典型应用等方面介绍了磁光阱离子源、冷原子束离子源和超冷单离子源在基础研究和应用技术研发方面取得的重要成果，并对超冷离子源的未来发展和应用前景进行了展望。

研究论文

基于实验室光源的透射X射线纳米分辨显微镜研制

廖可梁，何其利，宋杨，李荣刚，宋茂华，李盼云，赵海峰，刘鹏，朱佩平

物理学报, 2024, 73(17):178701.

doi: 10.7498/aps.73.20240727

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摘要：透射X射线显微镜(transmission X-ray microscope，TXM)是高精密度的尖端X射线成像设备，是现代科学技术的结晶，可以在纳米尺度上进行无损成像，为物理学、生命科学、材料学和化学等领域的众多科学问题提供了有力的研究工具。虽然国内外很多同步辐射装置都建立了以TXM为核心的纳米CT实验站，但是目前国际上只有个别企业能提供商业化的实验室TXM。究其原因，主要是该仪器涉及众多高难度的工程技术问题，诸如: 高亮度实验室X射线源、高分辨率X射线光学元器件、高精度样品台、高灵敏度探测器、仪器对温度和振动等环境因素的超高要求等。为了提高研发高端X射线成像仪器的水平，需要逐个突破在研发X射线纳米CT过程中遇到的技术瓶颈。本文主要讨论了工作能量为5.4 keV的实验室TXM的仪器设计，以及全场成像实验结果。该仪器工作在吸收衬度模式下，成像视野达到了26 μm，可以对30 nm线宽的特征结构实现清晰的成像，西门子星测试卡的功率谱曲线表明该仪器具有分辨半周期为28.6 nm线对结构的潜力。

用于扫描隧道显微镜的低噪声前置电流放大器

唐海涛，米壮，王文宇，唐向前，叶霞，单欣岩，陆兴华

物理学报, 2024, 73(13): 130702.

doi: 10.7498/aps.73.20240560

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摘要：前置电流放大器是扫描隧道显微镜的重要部件之一，其性能对于扫描隧道显微镜系统的基本操作及新功能开发至关重要。本文详细分析了影响前置电流放大器性能的因素，通过筛选噪声极低的运放芯片和电路结构优化，设计了一款针对扫描隧道显微镜系统的前置电流放大器。该放大器最灵敏档位(1GΩ)的噪声低至4 fA/Hz−−−√fA/Hz，带宽为2.3 kHz，具有10 MΩ，100 MΩ和1GΩ三个测量量程并且可以通过控制信号实现自动切换，测量范围覆盖pA—μA量级的隧穿电流。利用该前置电流放大器展示了扫描隧道显微镜系统的主要功能，包括表面形貌表征、扫描隧道谱测量以及原子搬运，并探索了隧穿电流中散粒噪声的测量。通过散粒噪声随隧穿电流的变化关系，得到隧穿结中散粒噪声的法诺因子约等于1，验证了简单金属隧穿结中电子隧穿满足泊松过程，为表面电子关联体系的高精度表征提供了基础。