第３７卷第５期２０１８年１０月
电㊀子㊀显㊀微㊀学㊀报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙＳｏｃｉｅｔｙ
Ｖｏｌ ３７，Ｎｏ ５２０１８⁃１０
文章编号：１０００⁃６２８１（２０１８）０５⁃０４０８⁃０６㊀㊀
姚㊀钢，刘灿华，贾金锋∗
（上海交通大学物理与天文学院，人工结构及量子调控教育部重点实验室，李政道研究所，上海２００２４０）
摘㊀要㊀㊀扫描隧道显微镜（ｓｃａｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｉｎｇｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＴＭ）是研究表面原子结构和表面电子态的强大工具，以ＳＴＭ为基础，作者发展了原位微区四探针电输运测量及交流互感抗磁测量系统，并且保留ＳＴＭ原有功能不受影响㊂这样，不仅能够在极低温㊁ 强磁场㊁超高真空的环境下用ＳＴＭ研究样品表面的晶体结构和电子态，也可以用原位微区四探针电输运测量来研究样品的输运特性，还可以用原位的交流互感抗磁测量来研究样品的抗磁特性㊂通过把这些信息对比，可以更好地了解样品物性与原子结构和电子结构的关系，准确地理解表面的物理性质㊂这种联合实验技术非常适合应用于低维及界面超导研究㊂关键词㊀㊀扫描隧道显微镜；原位；输运测量；交流互感 中图分类号：ＴＧ１１５ ２１＋５ ７；ＴＮ１１６㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００⁃６２８１ ２０１８ ０５ ００３
收稿日期：２０１８－０６－３０；修订日期：２０１８－０７－２６
基金项目：国家重点基础研究发展计划（Ｎｏｓ．２０１６ＹＦＡ０３０１００３，２０１６ＹＦＡ０３００４０３）；国家自然科学基金资助项目（Ｎｏｓ．１１５２１４０４，１１６３４００９，
Ｕ１６３２１０２，１１５０４２３０，１１６７４２２２，１１５７４２０２，１１６７４２２６，１１５７４２０１，Ｕ１６３２２７２，１１６５５００２）；上海市科学技术委员会资助项目
（Ｎｏ．１６ＤＺ２２６０２００）．
作者简介：姚钢（１９８９－），男（汉族），陕西咸阳人，博士研究生．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙａｏｇａ
ｎｇ１２５７＠ｓｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ∗通讯作者：贾金锋（１９６６－），男（汉族），江苏淮安人，教授．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｊｆｊｉａ＠ｓｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
㊀㊀１９８１年，ＩＢＭ瑞士苏黎士实验室的ＢｉｎｎｉｇＧ㊁ＲｏｈｒｅｒＨ㊁ＧｅｒｂｅｒＣｈ和ＷｅｉｂｅｌＥ等发明制造出了一种新型表面分析仪器，它利用量子力学中的隧道效应，很容易地在实空间达到纵向分辨率０ ０１ｎｍ，横向分辨率０ １ｎｍ㊂利用它，人们第一次如此容易地在实空间直接观察到了样品表面的原子像，这种功能强大的表面分析仪器就是扫描隧道显微镜（ｓｃａｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｉｎｇｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＴＭ）［１－３］㊂ＢｉｎｎｉｇＧ和ＲｏｈｒｅｒＨ因此获得了１９８６年的物理学诺贝尔奖㊂
ＳＴＭ可以说是技术发展的产物，它的原理虽然
非常简单，但它的设计制造包含精密机械加工，电子线路，计算机自动控制和图形图像的处理等，而这些技术都是在二十世纪后期才得以迅速发展的㊂ＳＴＭ的工作环境可以是超高真空﹑大气﹑液相﹑高温或超低温和强磁场等，这使得这种技术在物理学㊁化学㊁生物学和电子学等研究领域得以广泛应用㊂更重要的是ＳＴＭ提供了一种微区成像的崭新概念，ＳＴＭ发明后短短的十多年时间，已经发展成了一个庞大的扫描探针显微镜家族（ｓｃａｎｎｉｎｇｐｒｏｂｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＳＰＭ），如原子力显微镜（ａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＡＦＭ），磁力显微镜（
ｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＭＦＭ），扫描近场光学显微镜（ｓｃａｎｎｉｎｇ
ｎｅａｒ⁃ｆｉｅｌｄｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＳＮＯＭ）等多达几十
种［４－５］㊂ＳＴＭ及ＳＰＭ的发展大大推动了表面科学㊁材料物理及纳米技术等相关领域的蓬勃发展［６－７］㊂此外，ＳＴＭ与其它材料生长或者表征技术联合使用也展现出了更大的威力［８－９］㊂特别是ＳＴＭ的原子分辨信息可以极大提高分子束外延（ｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｅａｍｅｐｉｔａｘｙ，ＭＢＥ）等生长技术的控制能力，使生长精度的控制达到原子水平，从而制备出很多从前无法制备的薄膜和纳米结构㊂这种ＳＴＭ⁃ＭＢＥ联合系统在最近的低维纳米材料㊁拓扑量子材料及界面超导的研究中展现出强大的功能，已经成为一个迅猛发展的方向㊂
本文介绍的方法把ＳＰＭ这种两电极测量技术发展为四电极技术，弥补了ＳＰＭ在物性测量方面的不足，是对ＳＴＭ／ＳＰＭ技术的另一类发展和补充㊂由于该设备是基于ＳＴＭ发展起来的，有必要先简要介绍ＳＴＭ原理和技术㊂
通常扫描隧道显微镜主要包括扫描体㊁步进电机㊁控制系统㊁数据采集系统以及相应的软件系统组成，如图１所示㊂
扫描体包括由压电陶瓷制作的扫描管㊁探针和样品，电子学系统给扫描管提供驱动脉冲信号，实现横向（Ｘ向和Ｙ向）扫描㊂纵向（Ｚ向）运动由反馈系统控制，以调节样品与探针的间距㊂步进电机
㊀第５期姚㊀钢等：基于扫描隧道显微镜的原位表征技术
㊀
㊀图１㊀ＳＴＭ基本结构示意图㊂Ｆｉｇ．１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆａｎ
ＳＴＭ．
图２㊀ａ．微四探针架及其放大示意图；ｂ．改造后的ＳＴＭ针尖架及实物照片；ｃ．微四探针接触样品时角度示意㊀㊀
图；ｄ．改造后的ＳＴＭ扫描管；ｅ．微四探针探针架实物照片及探针的光学显微镜下放大照片［１０］㊂
Ｆｉｇ．２㊀ａ．Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏ－４ＰＰｈｏｌｄｅｒｗｉｔｈａ４ＰＰｔｉｐ⁃ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆ１０μｍ．Ｄｅｔａｉｌｓｏｆｍｉｃｒｏ－４ＰＰａｒｅｅｎｌａｒｇｅｄ；ｂ．ＳｃｈｅｍａｔｉｃａｎｄｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｏｆｍｏｄｉｆｉｅｄＳＴＭｔｉｐｈｏｌｄｅｒ；ｃ．Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｒａｗｉｎｇｏｆ４ＰＰｔｏｕｃｈｉｎｇｓａｍｐｌｅｓｕｒｆａｃｅ㊀㊀㊀㊀㊀㊀ｗｉｔｈａｎｉｎｃｌｉｎｅｄａｎｇｌｅｏｆ２０ʎ；ｄ．Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｐｉｅｚｏｔｕｂｅ；ｅ．Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏ（ａ）
［１０］
．
也是基于压电陶瓷机制驱动，完成三维运动，实现ＳＴＭ的粗进针㊂步进电机的步幅可以很小，例如
１ｎｍ／每步，运动范围可以很大，一般在厘米量级㊂电子学系统主要包括扫描控制器㊁步进电机控制器㊁
信号反馈系统和偏压设置系统㊂另外，还应包括高
压和低压电源系统㊂电子学系统的逻辑控制和数据信息信号来源于ＣＰＵ，主要被用于对扫描体和步进电机提供驱动信号和ＳＴＭ系统的反馈信号，还负责提供探针与样品间的偏压以及对要采样的信号放大等㊂
９０４
㊀㊀电子显微学报㊀Ｊ．Ｃｈｉｎ．Ｅｌｅｃｔｒ．Ｍｉｃｒｏｓｃ．Ｓｏｃ．第３７卷
反馈系统主要包括数据采集功能和反馈控制功能，即采集的数据一方面用于图像显示，一方面用于反馈控制㊂关于反馈控制，具体而言，采集的数据通过特定的控制算法，例如ＰＩＤ算法再反馈到扫描体的ＶＺ端，以实现系统的控制㊂
ＣＰＵ是整个系统的控制核心，它除了提供整个系统的人机界面，还控制着整个系统的运行，通常是由ＰＣ担任㊂软件功能通过它得以实现，即ＣＰＵ执行软件后，向电子学系统各个单元分别发出控制信号和数据信号，同时应外设的要求，回采图像数据和系统的状态信号，根据系统的运行状态，发出
反馈信号，形成闭环控制㊂图像数据信号用于产生数字图像文件和显示㊂
通常ＳＴＭ的工作过程是，启动软件系统，操作者通过ＣＰＵ的人机界面发出指令，这些指令通过数字信号和ＤＡ转换后的模拟信号实现㊂首先驱动步进电机进行粗进针，粗进针完成时，意味着单靠扫描管的伸缩应可探测到隧道电流㊂然后启动扫描采样及数据显示系统即可得到ＳＴＭ图像㊂
除得到表面原子图像外，还可固定探针的位置，并通过改变加在探针上的偏压并测量隧道电流的变化来得到扫描隧道谱（ｓｃａｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＳＴＳ）㊂ＳＴＳ谱反映了探针处局域态密度的大小，提供了样品电子态的丰富信息㊂通过ＳＴＳ谱可以获得有关样品化学组分㊁价键㊁禁带㊁能带弯曲和表面吸附等方面的数据㊂ＳＴＳ非常局域，可被用来探测表面单个原子的电子态㊂利用ＳＴＭ的扫描能力，可在预选的位置处做ＳＴＳ谱，也可产生样品的ＳＴＳ谱图像㊂
虽然ＳＴＭ在表面原子结构和电子结构研究方面非常强大，但它很难用来对材料的物性进行表征㊂比如电学性质，传统的电输运测量基于四探针（ｆｏｕｒ⁃ｐｏｉｎｔｐｒｏｂｅ，４ＰＰ）方法，它可以消除导线和接触点产生的电阻误差㊂通过不同温度㊁磁场的输运测量，即可获得样品的物性㊂但这种方法样品必须暴露大气，以安装电极㊂然而，当样品的尺度不断减小，表面吸附的气体和杂质就会改变其结构和性质，所以对这类样品的输运性质测量就必须在超高真空中原位进行㊂为了实现低温㊁
强磁场超高真空原位微区输运测量，作者对Ｕｎｉｓｏｋｕ公司生产的ＵＳＭ－１３００型低温ＳＴＭ系统进行了改造㊂
要把ＳＴＭ改造成原位输运测量系统最关键的就是要把ＳＴＭ的一根探针换成四根探针，而且需要能保证更换四探针后有很好的电接触和牢固的机械稳定性㊂由于低温ＳＴＭ内部空间非常小，四探针在扫描管上的锁定和电接触设计非常困难㊂经过多种方案的比较，作者最后选定采用耳机插孔式的设计，这种设计可以把插座放入扫描管内部，节约了空间，而且把四个电极垂直叠放起来，具有旋转对称性，可以任意调整微四探针的方向，同时保证电接触和机械接触的可靠性与稳定性，而且便于探针的更换（见图
２）㊂改造后的扫描体采用长的扫描管，这样不仅有足够的空间留给上面提到的探针插座，而且可以增加扫描范围㊂这样的设计还可以和ＳＴＭ兼容，在换上ＳＴＭ探针以后，仍可保留ＳＴＭ的功能［１０］㊂
㊀㊀这样的改造非常简单，对ＳＴＭ的影响也最小㊂改造的效果非常好，不仅实现了原位的输运测量，通过更换ＳＴＭ探针，也保留了原来ＳＴＭ的所有功能㊂图３ａ是用改造后的实验设备得到的Ｓｉ（１１１）－７ˑ７原子分辨ＳＴＭ图，可看出ＳＴＭ的功能基本没有受影响㊂
在Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘ超导单晶上，作者对其输运测量功能进行了测试㊂如图３ｂ所示，
分别用两种测量组态Ｃ１２３４和Ｃ１４２３在Ｔｃ附近测试其Ｉ⁃Ｖ曲线㊂可看到当温度高于９０Ｋ时，存在明显的电压为零的范围，表明样品已经进入超导态㊂进一步将温度降低到９０Ｋ时，两种组态的Ｉ⁃Ｖ曲线平滑度均得到提升，且有横轴可判断此时样品的临界电流Ｉｃ略微增大，表明样品进入超导态的体积增加，超导性得到提升㊂对于图中四条曲线，均取－１ｍＡ到＋１ｍＡ之间的Ｉ⁃Ｖ曲线，再通过线性拟合所得斜率即可得到样品在对应温度下的电阻值㊂当固定测试组态，对样品缓慢升温并连续采集Ｉ⁃Ｖ曲线，即可获得样品的Ｒ⁃Ｔ曲线［１１］㊂另外，也可通过Ｉｃ值计算出样品的临界电流密度Ｊｃ㊂
考虑到：（１）对某些沉底材料在低温下电阻也非常小，会对超导的电输运探测产生干扰；（２）对表面吸附活泼元素的样品而言，电输运测量过程面内方向电场的引入，有可能会导致掺杂不均；（３）实验上，为了确切地证明一种材料是超导体需要同时提供两个证据 零电阻和迈斯纳效应㊂因此，在成功地集成了原位四探针之后，作者进一步对原位抗磁测量技术进行探索㊂互感线圈的基本原理是：当给驱动线圈加上交流信号Ｉｄ时会激发交变磁场，后者会在感应线圈中诱导出交变电流及交变电压Ｖｐ㊂当样品处于超导态时，由于迈斯纳效应（Ｍｅｉｓｓｎｅｒｅｆｆｅｃｔ）的存在，磁场会被样品屏蔽，进而Ｖｐ会急剧减小㊂通过记录Ｖｐ随温度的变化，即可监测超导样 ０１４
㊀第５期姚㊀钢等：基于扫描隧道显微镜的原位表征技术
㊀
㊀图３㊀ａ．Ｓｉ（１１１）－７ˑ７表面原子分辨ＳＴＭ图；ｂ．Ｃ１４２３和Ｃ１２３４两种测量组态下Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘ样品不同㊀㊀
温度时的Ｉ⁃Ｖ曲线㊂电阻值取以－１ｍＡ到＋１ｍＡ之间的Ｉ⁃Ｖ曲线线性拟合得到的斜率［１１］㊂
Ｆｉｇ．３㊀ａ．Ｈｉｇｈ⁃ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎＳＴＭｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅＳｉ（１１１）－７ˑ７；ｂ．ＴｙｐｉｃａｌｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＩ⁃ＶｃｕｒｖｅｓｃｏｌｌｅｃｔｅｄｏｎＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋ｘｃｒｙｓｔａｌｗｉｔｈｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｏｆＣ１４２３（ａｐｐｌｙｃｕｒｒｅｎｔｔｏｔｉｐ１ａｎｄ４，ｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｂｅｔｗｅｅｎｔｉｐ２ａｎｄ３）ａｎｄＣ１２３４（ａｐｐｌｙｃｕｒｒｅｎｔｔｏｔｉｐ１ａｎｄ２，ｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｂｅｔｗｅｅｎｔｉｐ３ａｎｄ４），ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓａｍｐｌｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｎｄｌｉｎｅａｒｌｙｆｉｔｔｅｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｒｏｕｎｄｚｅｒｏｃｕｒｒｅｎｔａｒｅｓｈｏｗｎｉｎｅａｃｈｆｉｇｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ㊀㊀
ｖａｌｕｅｓｅｘｔｒａｃｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｌｉｎｅａｒｆｉｔｔｏＩ⁃Ｖｃｕｒｖｅｓｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｂｅｔｗｅｅｎ－１ｍＡａｎｄ＋１ｍＡ
［１１］
．
图４㊀ａ，ｃ．反射式和透射式双线圈互感示意图；ｂ，ｅ．相应的实物照片；ｄ．样品架的实物图㊂对透射式构型㊀㊀㊀㊀㊀㊀而言，感应线圈的位置要尽量做到其与激励线圈同轴，这样信号强度才
能尽可能大，有利于探测［１２］㊂Ｆｉｇ．４㊀ａ，ｃ．Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓｏｆｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ⁃ａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ⁃ｔｙｐｅｔｗｏ⁃ｃｏｉｌｍｕｔｕａｌｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｅｔｕｐｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ｂ，ｅ．Ｐｈｏｔｏｓｏｆｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ⁃ａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ⁃ｔｙｐｅｃｏｉｌｐｒｏｂｅｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ｄ．Ｐｈｏｔｏｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｈｏｌｄｅｒｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ⁃ｔｙｐｅｄｒｉｖｅｃｏｉｌｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ⁃ｔｙｐｅｄｒｉｖｅｃｏｉｌ．Ｎｏｔｅｔｈａｔｔｈｅｄｒｉｖｅｃｏｉｌｉｎｗｈｉｃｈ
㊀㊀
ｓｈｏｕｌｄｂｅｌｏｃａｔｅｄｃｏａｘｉａｌａｓｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅＶｐｉｎｐｉｃｋｕｐｃｏｉｌ［１２］．
品在正常态与超导态的过渡㊂
㊀㊀通常，抗磁测量有两种构型：反射式和透射式㊂即将感应线圈（ｐｉｃｋｕｐｃｏｉｌ）和激励线圈（ｄｒｉｖｅｃｏｉｌ）放置于样品的同一侧或分置在两侧㊂作者考虑了
这两种情况下的仪器改造［１２］㊂与四探针的改造方法类似，互感线圈的关键在于将线圈做小，并放置（固定）在针尖架顶端㊂本文提到的反射式构型也可称作差分互感线圈（如图４ａ所示），线圈整体缠
１１４
㊀㊀电子显微学报㊀Ｊ．Ｃｈｉｎ．Ｅｌｅｃｔｒ．Ｍｉｃｒｏｓｃ．Ｓｏｃ．第３７卷
绕在同一根陶瓷棒上，但感应线圈则由两部分组成，分别位于驱动线圈两侧㊂这两部分的匝数相同但缠绕方向相反，因而只有当样品进入超导态时，样品对激励线圈靠近样品一侧的感应磁场有排斥，导致上下两部分感应线圈的输出电势差增大；当样品处于正常态时，输出电压Ｖｐ为零㊂对于透射式构型，感应线圈固定在样品架上，如图４ｃ和４ｄ所示㊂因此，两组构型在测试过程中，输出数据（ＲｅＶｐ和
ＩｍＶｐ）随温度的变化趋势会有所差异㊂
图５㊀ａ，ｂ．透射式和反射式互感测量结果；ｃ．根据图ｂ给出的数据通过无限大尺寸模型获得的磁场穿透深度及超流密度随温度随样品温度Ｔ的演化㊂驱动电流参数为［１２］：㊀㊀ａ：Ｉｄ＝１４１４μＡ，ｆ＝９９９１Ｈｚ；ｂ：Ｉｄ＝６０μＡ，ｆ＝９９９１Ｈｚ㊂Ｆｉｇ．５㊀ａ，ｂ．Ｔ
ｈｅｒｅｓｕｌｔｓｂｙｔｈｅｍｕｔｕａｌｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｎａＮｂＮｆｉｌｍｗｉｔｈｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ１０ｎｍｆｒｏｍ（ａ）ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ⁃ｔｙｐｅａｎｄ（ｂ）ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ⁃ｔｙｐｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ｃ．Ｍａｇｎｅｔｉｃｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｄｅｐｔｈλａｎｄｓｕｐｅｒｆｌｕｉｄｄｅｎｓｉｔｙｎｓɖλ－２㊀㊀㊀㊀ｅｘｔｒａｃｔｅｄｆｒｏｍ（ｂ）［１２］．
图５是用这两种不同构型对生长在Ｎｂ掺杂的ＳｒＴｉＯ３（１１１）上１０ｎｍ厚的ＮｂＮ薄膜的测量结果㊂由感应线圈输出电压的实部ＲｅＶ（Ｔ）可看到两种构型下均观测到了明显的超导转变（Ｔｃ １１Ｋ）㊂两种构型下，虚部ＩｍＶ（Ｔ）展示出的尖峰（透射式）或ｄｉｐ（反射式）则与ｖｏｒｔｅｘ和ａｎｔｉ⁃ｖｏｒｔｅｘ的断开有关［１３－１４］㊂与此同时，在二维ＮｂＮ薄膜中也已经证实了Ｋｏｓｔｅｒｌｉｔｚ⁃Ｔｈｏｕｌｅｓｓｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ转变的存在［１５］㊂图５ｃ是对图５ｂ中的数据根据无限大尺寸模型［１６］得到的磁场穿透深度λ以及超流密度ｎｓɖλ－２随温度的变化㊂利用双线圈互感技术，一方面，可以获得样品抗磁特性，确定超导转变温度；另一方面，也可进一步推导出穿透深度㊁超流密度等随温度的演化，以及外磁场的影响等，丰富的数据类型有助于深入探索超导机制㊂
本文简要介绍了基于ＳＴＭ的原位微区四探针及双线圈互感测量技术㊂通过对低温强磁场ＳＴＭ系统的改造，作者不仅获得了原位电输运㊁抗磁测量的实验手段，还保留了ＳＴＭ／ＳＴＳ的功能㊂三者
之间优势互补，极大地提高了低维量子材料㊁特别是其薄膜的研究能力㊁丰富了数据类型，有助于对材料物性的全面深入理解㊂
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ｉｎ
ａ
ｓｃａｎｎｉｎｇ
ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ
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ｓｉｔｕ
ｔｗｏ⁃ｃｏｉｌ
ｍｕｔｕａｌ
ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ｉｎ
ａ
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Ｔｈｏｕｌｅｓｓｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｉｎｔｈｉｎｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇａｌｕｍｉｎｕｍｆｉｌｍｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＬｅｔｔｅｒｓ，１９８０，４４（４）：２９１－２９４．
［１４］㊀ＬＥＥＭＡＮＮＣ，ＬＥＲＣＨＰ，ＲＡＣＩＮＥＧ，ｅｔａｌ．Ｖｏｒｔｅｘ
ｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｉｎａｔｗｏ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｒｒａｙｏｆｊｏｓｅｐｈｓｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９８６，５６（１２）：１２９１－１２９４．［１５］㊀ＹＯＮＧＪ，ＬＥＭＢＥＲＧＥＲＴ，ＢＥＮＦＡＴＴＯＬ，ｅｔａｌ．
Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆ
ｔｈｅ
Ｂｅｒｅｚｉｎｓｋｉｉ⁃Ｋｏｓｔｅｒｌｉｔｚ⁃Ｔｈｏｕｌｅｓｓ
ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ
ｉｎｕｌｔｒａｔｈｉｎＮｂＮ
ｆｉｌｍｓｎｅａｒ
ｔｈｅ
ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ⁃ｉｎｓｕｌａｔｏｒ
ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ
［Ｊ］．扫描探针
Ｐｈｙｓｉｃａｌ
ＲｅｖｉｅｗＢ，２０１３，８７（１８）：１８４５０５．
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Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｔｈｅｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｄｅｐｔｈｏｆ
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δｆｉｌｍｓｎｅａｒＴｃ［Ｊ］．ＥＰＬ（Ｅｕｒｏｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ），１９９５，３２（７）：５７３－５７８．
㊀㊀∗㊀Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ
ＳＴＭｂａｓｅｄｉｎｓｉｔｕｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｐｈｙｓｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｓ
ＹＡＯＧａｎｇ，ＬＩＵＣａｎ⁃ｈｕａ，ＪＩＡＪｉｎ⁃ｆｅｎｇ∗
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄＱｕａｎｔｕｍＣｏｎｔｒｏｌ（ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ），Ｔｓｕｎｇ⁃ＤａｏＬｅｅＩｎ
ｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｃｈｏｏｌｏｆ
ＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎｏｍｙ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀㊀Ｓｃａｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｉｎｇｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＴＭ）ｉｓｔｈｅｍｏｓｔｐｏｗｅｒｆｕｌｔｏｏｌｉｎｓｔｕｄｙｉｎｇａｔｏｍｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｓｔａｔｅｓ．ＢａｓｅｄｏｎＳＴＭ，ｗｅｈａｖｅｓｕｃｃｅｅｄｅｄｉｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｂｏｔｈｉｎｓｉｔｕｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｆｏｕｒ⁃ｐｏｉｎｔｐｒｏｂｅ（４ＰＰ）ｔｒａｎｓｐｏｒｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｔｗｏ⁃ｃｏｉｌｍｕｔｕａｌｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＳＴＭｒｅｍａｉｎｓｕｎａｆｆｅｃｔｅｄ．Ｔｈｕｓ，ｗｅｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｓｔｕｄｙｔｈｅｓｕｒｆａｃｅａｔｏｍｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔａｔｅｓｗｉｔｈＳＴＭｉｎｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｅｘｔｒｅｍｅｌｙｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｔｒｏｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎｄｕｌｔｒａ⁃ｈｉｇｈｖａｃｕｕｍ，ｂｕｔａｌｓｏｃａｎｓｔｕｄｙｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｂｙｉｎｓｉｔｕｍｉｃｒｏ⁃ｆｏｕｒ⁃ｐｒｏｂｅｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｐｏｒｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｄｉａｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｂｙｉｎ⁃ｓｉｔｕＡＣｍｕｔｕａｌｉｎｄｕ
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