实验原理 AFM是SPM家族中应用领域最为广泛的表面观察与研究工具之一。其工作原理基于原子之间的相互作用力。当一根十分尖锐的微探针在纵向充分逼近样品表面至数纳米甚至更小间距时，微探针尖端的原子和样品表面的原子之间将产生相互作用的原子力。原子力的大小与间距之间存在一定的曲线关系。在间距较大的起始阶段，原子力表现为引力，随着间距的进一步减小，由于价电子云的相互重叠和两个原子核的电荷间的相互作用，原子力又转而表现为排斥力。这种排斥力随着间距的缩短而急剧增大。AFM正是利用原子力与间距之间的这些关系，通过检测原子间的作用力而获得样品表面的微观形貌的。   仪器概述 AFM采用对微弱力极其敏感的微悬臂作为力传感器──微探针。微悬臂一端固定，另一端置有一与微悬臂平面垂直的金字塔状微针尖。当针尖与样品之间的距离逼近到一定程度时，两者间将产生相互作用的原子力，其中切向力（摩擦力）Ft使微悬臂扭曲，法向（纵向）力Fn将推动微悬臂偏转。我们所关心的主要是纵向力Fn，它与针尖──样品间距成一定的对应关系，即与样品表面的起伏具有对应关系。微悬臂的偏转量十分微小，无法进行直接检测，采用光学方法将偏转量放大，可推知微悬臂偏转量（即原子力）的大小，最终获得样品表面的微观形貌。   仪器特点 特有的卧式探头 卧式AFM探头设计，使原子力作用方向与重力方向垂直而互不干扰；降低了探头的整体重心；克服了原有粗调与微调逼近机构的垂直蠕动；具有独特的卧式可视化光路。探头及仪器性能更加稳定和优越。   稳定的三轴压电扫描器 采用互相正交的三轴压电陶瓷扫描控制器，X、Y、Z三轴压电陶瓷之间互不耦合，可保证扫描图像不因耦合而失真；扫描器具有更好的扫描线性和独立性、更高的强度和刚度，兼具更强的扫描驱动力，能同时适用于较小与较大、较轻与较重样品的扫描成像。   优化的检测与控制系统 采用优化的微纳米扫描与反馈控制电路系统，配以多路高精度A/D&D/A控制接口，可获得更高的扫描分辨率、更好的重复性和更佳的图像质量。   完善的软件界面与功能 功能强大、界面友好，可适用于Windows XP/Win7/Win8/Win10等操作系统。一般操作者均可轻松而熟练地掌握，只需点击鼠标，即可完成从图像扫描到图像处理及数据信息计算的全部操作。可用鼠标任意选择局部扫描区域，实现图像平移、定位和缩放；可设定扫描次数并自动控制扫描停止；具有实现X、Y方向的面扫描和线扫描的功能；可获得样品表面的纳米级三维形貌结构和截面线；高质量的彩色/黑白平面图像显示与三维立体图像显示；具有图像的二维和三维纳米标尺标注功能及粒径测量功能；具备纳米级表面微观粗糙度的统计及计算功能；可精确测定样品表面的微纳米级台阶高度和深度；完善的图像处理功能，包括裁剪、粘贴、旋转、对比调节、亮度调节、颜色调整、背景色调整、图像平滑、滤波等。   简单便捷的仪器操作 AFM的操作十分简单和便捷，一般操作人员即可完成，无需专人操作和维护。安装探针、安装样品、粗调和微调进样、图像扫描、图像存储等操作，均可在1分钟内完成。特别适用于科学研究、教学实验及产品检测。   高稳定性与抗干扰能力 AFM既可在良好的实验条件下完美工作，也可在有一般实验室、普通桌面、有轻微振动、有环境干扰、有光照等条件下正常运作，快速扫描观察各种微纳米样品，获得理想的图像和微纳米结构信息。具备更好的稳定性和抗震性，更强的抗（光、电、磁等）干扰能力，更快的扫描速度（最快1幅图像/1~6秒，作为对比，进口仪器的扫描速率一般为1幅图像/10~20分钟甚至更慢）。   高适用性广泛应用领域 可同时适用于科学研究、本科生和研究生的教学实验及纳米技术产品的检测，广泛适用于各种金属/非金属、导体/非导体、磁性/非磁性材料样品的扫描检测。对被测材料样品无特殊要求，免去繁琐的样品制备过程，可直接扫描获得微纳米结构信息。   实验内容与典型实验数据 部分扫描测试样品的AFM图像   部件列表 描述 数量 原子力显微镜探头 1 控制机箱 1 直流高压电源 1 A/D&D/A控制接口卡 1 AFM微探针 15组60 tips USB光学显微镜 1 一体机, 含AFM扫描控制软件 1 样品 5 剪刀、镊子、启子、放大镜等工具 1

本成果开发了一套超结MOSFET器件的设计方法，并与上海华虹NEC(现上海华虹宏力)公司合作建立了基于深槽填充工艺的600~900 V级8英寸超结MOSFET工艺代工平台，这是国内第一个量产的超结工艺平台。所制备的超结MOSFET击穿电压最高可达900V，比导通电阻低至5.3Ω.mm2（900V器件）。该成果作为重要组成部分获得了2016年四川省科技进步一等奖（“功率高压MOS器件关键技术与应用”张波、乔明、任敏 等）。

基于“介电体超晶格”制备技术，开发了一套适合量产的超晶格材料制备工艺。超晶格材料在激光非线性波长变换、量子纠缠源产生、声学滤波换能等领域有重要应用。以超晶格材料为核心材料，开发出红光、绿光、蓝光、准白光、钠黄光、皮秒锁模以及中红外等多种新型激光器。

为了满足超三代移动通信技术B3G项目对高速背板传输的需求，2004年10月东南大学与深圳华为技术有限公司中央硬件部开展合作，共同研制了符合PICMG3.0国际规范的AdvancedTCA全网格标准机箱与背板，实现了超过3.125Gbps的双向传输速率。

近年来，超材料虽然取得了长足发展，但仍存在一些瓶颈问题：1)基于等效媒质超材料的新物理现象和新应用需要挖掘；2) SPP超材料一直是物理学家的领地，以验证新物理现象为主；3) 超材料对电磁波的凋控大多是静态的，一旦制备成型其功能即被㈣化，+能实时地调控电磁波。为解决上述问题，该项对微波超材料进行了系统性研究。 在等效媒质超材料方而，提出并制备了柱坐标系下各向异性零折射率超材料，突破了h然界域小辐射单元（电偶极子和磁偶极子）双定向辐射的限制，实现了完美的电磁波全向辐射及高效空间功率合成。提出•种三频段超材料完美吸波器，可在三个设计频段实现电磁波在大角度范围内、 对极化不敏感的近乎完美吸收。基于变换光学原理，提出一种低损耗电磁幻觉器件，可按照需求有0的地操控0标对电磁波的雷达散射特征。提出并制备了宽带、低损耗的全介质超材料放人透镜，打破衍射极限的限制，实现了超分辨率的微波成像。该研究促进了等效媒质超材料的发展。

研究小组首先利用激光分子束外延技术生长了具有原子级别平整度的反铁磁Cr2O3薄膜，是电荷的绝缘体。采用非局域自旋输运的技术，用热方法在铂电极和Cr2O3薄膜界面注入自旋流、产生自旋压，在另外一个铂电极处利用铂的自旋霍尔效应测量自旋流的输运（图A）。实验数据显示在低温下自旋输信号出现饱和现象，对应着自旋导的饱和，也就是零自旋阻效应；即自旋超流基态的最重要基本性质之一（图B）。在此基础上，该研究小组又系统研究了不同自旋输运距离下自旋超流的输运现象，证明了自旋在该自旋超流基态可以进行长距离的输运，并且其随输运距离的关系与自旋超流态输运理论预言一致（图C）。该工作是是自旋超导态领域研究的一项重大突破，势必推动自旋超导态的快速发展，为研究基于自旋玻色子的玻色爱因斯坦凝聚的基础物理研究提供了实验平台，并为新型量子自旋器件，如自旋流约瑟夫森结等，奠定了实验基础。图：自旋超流基态的重要实验证据。（A）非局域自旋输运测量示意图。用热方法在左边铂电极和Cr2O3薄膜界面注入自旋流，在右边铂电极处利用铂的自旋霍尔效应测量自旋流的输运。（B）自低温下自旋输信号出现饱和现象，反映出自旋超流基态的零自旋阻效应。（C）自旋信号随其随输运距离的关系与自旋超流态输运理论预言一致。

石墨烯因 其 优异 的性质而 被 誉为 “ 材料之王 ” ， 在诸多 领域有着广阔的应用前景， 但 距离 真正实现产业化 还存在诸多 问题和挑战 。制备决定 未来， 高品质 石墨烯薄膜的 可控 制备 一直是学术界和业界关注的 重点 。 化学 气相沉积法（ CVD ） 以 其优良 的 可控性和可放大性被 公认 为最具前景的石墨烯 薄膜 制备方法， 经过 近十年的发展， 虽然 在单晶尺寸上 取得 了诸多突破性进展， 但 CVD 石墨烯的性能 和 理想 水平 仍然有不 小 的差距 ， 这一问题已经困扰石墨烯领域很久 。 该研究首次 揭示了 CVD石墨烯 的本征污染问题，提出气相反应调控的方法，分别使用泡沫铜辅助催化和含铜碳源实现了超洁净石墨烯的制备（ Nat ure   Commun .  2019 ,  10 , 1912 ； J. Am. Chem. Soc.   2019 ,  141 , 7670 ）。 对于已存在 本征污染的石墨烯薄膜，他们 巧妙地 使用 二氧化碳 对其进行刻蚀 ，而不引入额外缺陷，从而成功 制备出大面积的超洁净石墨烯薄膜，该 方法与普通CVD工艺完全兼容 （ Angew . Chem.  2019 ,10.1002/ange.201905672 ）。 同时 ，他们探究 了本征污染物与石墨烯之间的相互作用，发展了基于活性炭的界面力调控方法，成功实现了石墨烯的表面清洁（ Adv.  Mater.  2019 , e1902978 ） 。

内容介绍： 首创了一种有机-无机纳米复合材料的制备技术，操作工艺简单、无 污染，纳米粒子分散均匀，所制备的材料耐热性好、机械强度高、摩擦 系数低、耐磨性好。 该技术达到国际先进水平，获发明专利1项。性能指标：

以投影光刻机、超精密光学系统、超稳定运动工件台以及激光干涉测量仪等为代表的超精密设备对其加工环境要求及其苛刻，对环境中的温度、压力、湿度、洁净度都必须加以超稳定的超稳定控制。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 以投影光刻机、超精密光学系统、超稳定运动工件台以及激光干涉测量仪等为代表的超精密设备对其加工环境要求及其苛刻，对环境中的温度、压力、湿度、洁净度都必须加以超稳定的超稳定控制。以光刻机为例：在光刻机工件台实际工作过程中，温度的空间不均匀性或者随时间漂移性都会严重影响光刻机的定位精度和套刻精度。具体表现有：工件台关键部件会由于空间温度的漂移而产生形变进而导致运动误差，而以激光干涉仪为代表的超稳定测量仪器的波长会受温度、压力影响，波长的漂移势必会造成测量结果的误差进而最终影响光刻精度。除此之外，空气中的污染颗粒和化学腐蚀物也均会对工件台的运动性能造成显著影响。无论对于精密加工装备还是测量设备来说，当精度达到纳米级时，由环境参数波动引起的误差因素就成为限制其精度的一大障碍，在这个时候很有必要引入一套环境控制系统来保证这些精密设备的苛刻工作环境需求。