磁共振力显微镜

磁共振力显微镜是磁共振成像技术与扫描探针显微术的成功结合,它同时具备了磁共振成像的三雏探测能力与扫描探针显微术的纳米分辨能力.与传统的感应式磁共振信号探测方法相比,磁共振力显微镜的最大优势在于它采用的机械力学磁共振信号探测方法具有极高的信噪比,可以满足单个核自旋探测的要求.自1991年华盛顿大学的Sidles教授首次提...     

惰性气体核的自旋交换光抽运中的物理

核自旋极化的惰性气体原子在诸如核物理、材料科学和磁共振成像等许多领域中都有着广泛的应用,核自旋极化技术涉及领域很广,包括原子、分子和光学物理等等。评述了光抽运和自旋交换碰撞中角动量转移和损失的物理。     

相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术

回顾了相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像技术的理论和技术的发展,介绍和比较了CARS显微成像技术对抽运光源的要求,以及典型的CARS显微成像系统.对CARS显微成像技术中无法避免的最重要的非共振背景噪声问题做了详细的分析,对不同的抑制非共振背景噪声的方法进行了比较和讨论,对CARS显微成像技术目前存在的问题和可能解决途径进行了简要的分析.     

基于LabVIEW的Xe核自旋横向弛豫时间自动测试系统

核磁共振陀螺仪是基于量子调控技术的前沿研究,具有高精度、小体积、低功耗等显著优点,是未来高精度微小型陀螺的主要发展方向之一。原子气室内Xe核自旋的横向弛豫时间是衡量原子气室性能的一个重要参数,直接影响陀螺的角随机游走,准确快速地测量横向弛豫时间有利于研制性能更优的原子气室。根据推导的核自旋横向弛豫时间测量原理,基于LabVIEW软件平台设计了一种气室核自旋横向弛豫时间的自动化测试系统,实现了温度控制、氙共振频率找寻、磁场控制及数据处理存储功能。实际应用表明,采用自动化测试系统工作稳定可靠、测量效率高、测试精度高、人机交互性好,为检验核磁共振陀螺仪原子气室的性能提供了有效测试手段。     

量子调控型NV色心系综磁强计灵敏度优化

氮空位(NV)色心是金刚石中固有的缺陷,具有纳米量级的空间分辨率和微特斯拉量级的磁灵敏度,可以实现高灵敏度与高空间分辨率的微弱磁检测。利用NV系综磁敏感单元,可以将固态电子自旋信号实时检测技术应用于NV磁强计。准确进行AC磁测量是研究的关键。利用NV色心电子自旋进行量子调控,通过光探测磁共振(ODMR)测试确定共振频率,二能级Rabi振荡测试确定Rabi频率以及退相干时间测试确定横向弛豫时间。由于自旋回波存在相位积累,导致荧光布局数发生改变。最后利用量子相位随荧光布局数的关系计算出最大AC磁场灵敏度约为0.8 pT/■。     

一种新型PCB数字光刻投影成像技术

为了满足微米量级印刷电路板(PCB)光刻的需求,提出了一种新型PCB数字光刻投影成像技术。利用ZEMAX光学设计软件设计并优化了双高斯结构型光刻投影物镜。该物镜具有双远心结构,可以避免数字微反射镜(DMD)偏转产生离焦,分辨率可达13.68 mm,数值孔径NA=0.045,焦深为200 mm,严格控制像面畸变量小于0.03%。采用DMD多光束倾斜扫描技术,将DMD旋转一定的角度,利用曝光点的位置与光斑重叠积分能量的多少,形成更小的像素尺寸,提高了网格精度。基于该投影成像技术进行了光刻实验,实验结果证实了该投影成像技术的可行性,通过控制网格精度既能实现整数像素以外的线宽又能提高图像的分辨率和光刻效率。     

利用波前调制技术提升光透明样品的双光子成像分辨率

组织光透明技术结合双光子显微成像(TPM)技术能够有效提升生物样品的显微成像深度,然而现有的光透明剂与常用显微物镜的浸润介质折射率并不匹配,会引入球差从而降低深层组织成像的荧光强度和分辨率。针对该问题分析了球差对TPM荧光强度和分辨率的影响,建立了由物镜特性(数值孔径和浸润介质)、聚焦深度和物体折射率等参数构成的球差补偿模型,进而指导空间光调制器进行球差补偿。对荧光小球仿体样品和光透明脑组织样品的双光子成像结果显示,该球差补偿方法能显著提升样品信号量和系统纵向分辨率。另外,该方法在校正过程中无需多次成像,操作简单且耗时短,对光透明剂和显微物镜无特殊要求,具有较强的通用性。     

远紫外光刻技术的发展趋势及进展

至今光刻技术仍是工业用来制作集成电路的优先应用技术.过去光刻的分辨率是靠减小曝光波长和增大透镜的数值孔径来改善的(R=k_1λ/NA).近年来,这种趋势仍然如此.最新介绍的用于批量生产的NA248nm步进/扫描系统及实验生产用的第一代全视场193nm步进/扫描系统可证实这一点.然而,传统的光刻技术不仅变得极其困难、成本高(透镜像差控制.CaF_2材料等问题),而且也不能满足SLA图(半导体集成电路布线图)飞速发展的需要,因为SLA图要求对最小特证尺寸做较快的定标和相应线宽控制.曝光方法的改进再也不能满足行程图的要求.而低的K_1成像和亚波长成像在光刻领域已成为人门争相议论的话题.对于光刻技术来说,分辨率和线宽控制都是人们要努力解决的问题.本文评论了扩展248nm光刻极限的各种方法,讨论了高NA光学元件的作用,以及     

植入式荧光内窥显微技术及其在活体脑成像中的应用（特邀）

高时空分辨可视化技术是脑科学研究的重要工具。荧光显微成像技术在特异性、多样性、图像对比度和时空分辨率等方面具有显著优势,但由于光在组织中的穿透深度有限,无创的荧光成像难以在活体水平获取深层脑区神经血管单元的高分辨结构和功能信息。因此,在脑科学研究中,荧光内窥显微成像技术受到越来越多研究者的青睐。得益于相关科学技术的发展,内窥镜探头在保持高性能的同时,实现了小型化并提供了更大的灵活性,可以植入活体大脑的不同深度处,开展特定深层脑区的功能调控研究。本综述介绍了基于梯度折射率透镜和单根多模光纤这两种探头的植入式荧光内窥显微成像技术及其发展和迭代进程,概述了它们在高分辨活体脑成像研究中的应用,以及在临床神经外科手术中的初步探索性应用。最后,展望了荧光内窥脑成像技术未来的发展前景。     

飞秒激光场中原子/分子的隧道电离及应用

综述了强激光场作用下原子的光电离动力学最新进展,着重分析了非绝热隧道电离中的隧穿出口光电子动量分布,得到分子坐标系中隧道电子角分布,实现分子内层轨道成像;采用电场矢量同向旋转的双色(400 nm+800 nm)圆偏振激光实现双指针阿秒钟干涉技术,该技术可以测量光电子波包的相位和振幅;基于具有较大自旋-轨道耦合效应的原子(氙原子),通过圆偏振激光中的多光子电离过程,可产生具有高自旋极化度的光电子。最后对目前超快强场物理的研究前景和发展趋势进行简单的介绍。     

二维纳米材料磁性探测的双臂微悬臂梁设计

磁共振弱力探测技术能够对物质实现非破坏性的高精度结构信息探测,在物理、生物、医学等领域有着非常重要的应用。该技术中,超灵敏悬臂梁是实现弱力探测的核心组成之一。近年来,二维纳米材料由于其奇特的物理特性得到了越来越多的关注。为实现对二维纳米材料磁性的探测,基于单臂微悬臂梁模型,利用差动放大的方法,提出了双臂微悬臂梁的设计,并分析了双臂微悬臂梁中上下球形磁探针内外部的磁场分布,最后以单晶硅悬臂梁和钐钴合金磁球探针为例,对该悬臂梁进行数值模拟,发现该方案能够显著提高悬臂梁的探测灵敏度。     

Calibration of the spring constant of AFM cantilever

Several methods have been developed in recent years to calibrate the spring constant of atomic force microscopy (AFM) cantilever. In the present work, an effective and practical improvement is made on these methods to provide a more convenient calibration method. Simplifying the originally tedious procedures by just examining the cantilever's dimensions in scanning electron microscopy (SEM) and the resonance frequency of the cantilever from Q curves in AFM system, the spring constants of different cantilevers are calculated by the methods of Cleveland and Sader. The results are close to the nominal values provided by the manufacturers, which indicates that simplifying the procedures is valid and reliable. Moreover, it shows that spring constants acquiring by Cleveland method is more close to their nominal values than Sader's method does.     

悬臂梁的受控源等效电路宏模型的建立及验证

针对能代表MEMS器件特征的悬臂梁结构 ,采用了SPICE中标准多项式受控源的形式建立悬臂梁的多模态小信号等效电路宏模型。在外力的作用下 ,用SPICE软件对此悬臂梁宏模型和外加电路进行了系统级的模拟 ,得到分布参数的力传感器的输出电压幅频特性曲线 ;最后采用COVENTORWARE软件进行了模型的各个模态的谐振频率和相关曲线的验证。     

薄膜体声波谐振器微加速度计惯性力敏特性

研究了由硅微质量块-悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝(AlN)薄膜体声波谐振器(FBAR)检测元件集成的FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元(FEA)静力学仿真,得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布;选取最大应力值作为载荷,基于第一性原理计算纤锌矿AlN的弹性系数与应力的关系式,预测惯性力载荷作用下AlN弹性系数的最大变化量;采用谐响应分析,预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。分析得到：惯性力载荷作用下,FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移,灵敏度约为数kHz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。     

Silicon micromachined diamond-shaped AFM cantilever for accurate mechanical tests of MEMS structures

A novel single crystalline silicon diamond-shaped atomic force microscope (AFM) cantilever for accurate mechanical tests of MEMS structures is presented. A strip bending test of micromachined gold thin film strip specimens has been performed using the proposed AFM cantilever. The experimental results show that a more accurate and uniform bending test is possible with this new cantilever by suppressing lateral motions of a conventional beam-shaped cantilever.     

两种基于MEMS谐振器的原子力显微镜探针

目前商用原子力显微镜(AFM)大多使用的微悬臂式探针,力灵敏度可达到pN级别。然而受到工艺水平及检测方法限制,微悬臂谐振频率难以超过3.5 MHz,且Q值较低,制约了AFM的成像速度以及在液体中的成像效果。另外,光杠杆的检测方法无法与探针本身进行片上集成,较小的悬臂也给激光束的聚焦带来困难。基于以上考虑,本文提出两种基于MEMS谐振器的探针,振频率可达11 MHz,Q值为4 000,并集成了执行与传感功能以及批量加工纳米针尖的工艺。目前两种探针都已经实现对树脂图案的成像功能,力灵敏度最高可达5pN/√Hz。     

具有高品质因数的剪切力扫描近场光学显微镜在液体中的生物成像

基于剪切力的探针-试样间距控制扫描近场光学显微镜用于生物材料在液体中的成像比在空气中难得多。液体的黏性阻尼和软的试样表面要求更高的力检测灵敏度。最近我们试验成功的压电双晶片剪切力检测器结合力反馈技术,可以大幅度提高双晶片的机械谐振品质因数,从而改善在粘滞液体中力检测灵敏度。当双晶片在它的某一本征频率下被激励,通过调节一个适当的反馈力,它的机械谐振品质因数在水中可以从40增强到10^3,因此成像灵敏度获得显著改善。上述力检测技术被用于一些生物试样在液体环境下的拓扑和近场光学成像。所得到的力、相位和光学图像显示了高的成像质量和分辨率。实验结果证明上述装置尤其适宜于近场光学显微镜在生物领域的应用。     

电磁驱动推拉式射频MEMS开关的设计与制作

提出了一种新型电磁驱动推拉式射频MEMS开关。针对传统静电驱动单臂梁开关所需驱动电压大、恢复力不足等问题,设计了一种推拉式开关结构,降低了驱动电压(电流),提高了开关的隔离度,同时实现了单刀双掷的功能。单晶Si梁由于自身无应力,解决了悬臂梁残余应力引起的梁变形问题。通过理论计算和有限元分析,优化了开关设计尺寸,在外围永磁铁磁感应梯度dB/dz=100T/m,在线圈通入100mA电流的驱动下,单晶Si扭转梁末端可以获得约10μm的弯曲量,满足开关驱动要求。给出了开关的详细微细加工流程,对开关的传输参数进行了测试,在10GHz时隔离度为-40dB.     

Force-sensing microprobe for precise stimulation ofmechanosensitive tissues

Quantitative study of the transduction mechanisms in mechanically sensitive nerve terminals has been impeded by the lack of instrumentation with which to generate precisely controlled, physically localized mechanical stimuli. The authors have developed high-resolution force sensing mechanical microprobes for use in the characterization of such nerve terminals. This paper describes their design, fabrication, and testing. A microprobe is comprised of a 0.5- to 2-mm long silicon cantilever beam projecting from a larger supporting silicon substrate. Acting as the variable leg of a Wheatstone bridge circuit, a piezoresistive polysilicon element located at the base of the beam is used to measure the stimulation force applied at the tip. The microprobes exhibit a stable, linear relationship between the stimulation force and the resulting output voltage signal. Stimulation forces up to 3 mN have been generated with a measurement resolution of 10 μN. These microprobes have been used as the force sensing element of a closed loop feedback-controlled stimulation system capable of stimulating the mechanoreceptive nerve terminals of the rabbit corneal epithelium     

聚焦离子束工作原理及刻蚀性能研究

综述了聚焦离子束系统的结构和基本原理,介绍了国产化聚焦离子束系统的结构与特点。基于国产化聚焦离子束系统进行了硅材料刻蚀实验,研究了硅材料刻蚀速率与离子束流大小的关系,建立了刻蚀速率与束流大小的关系方程,进行了硅悬梁微结构刻蚀加工。结果表明,国产聚焦离子束系统可满足硅微悬梁结构加工的应用需要。