背景介绍
扫描隧道显微镜（STM）[1]和原子力显微镜（AFM）[2]等基于扫描探针显微术（SPM）的出现使得科学家能够在纳米级分辨率下去研究更多材料的物理特性及图形。以这些技术为基础的纳米技术、材料和表面╲科学的迅速发展，极大地推动了通用和无损纳∑米尺度分析工具的需求。尤其对于快速增长的量子器件技术领域，需要开发与这些器件本身在同一区域（即量子相干卐区域）中能够兼容的SPM技术。然而，迄今为止，能够与样品进行量子相干︾相互作用的纳米尺度表征的工具仍非常有限。特别〓是在微波频率下，光子能量比光波长小几个数量级，加之缺乏单♀光子探测器和对mK极端温度的严格要求，更是一个巨大的挑战。近年来，固态量子技术飞速发展卐迫切需要能够☉在此极端条件下运行的SPM探测技术。
技术核心
近场扫描微波显微技术（NSMM）[3]结合了微波表々征和STM或AFM的优势，通过使用宽带或共振探头来实现探测。在近场模式下，空间分辨率主要取决于SPM针尖尺寸，可以突破衍射极限的限制，获得纳米级别的高分◥辨率图像。NSMM的各种实现方◤式已被广泛应用于非接触式的探测半导体器件[4]，材料中的缺∴陷[5]、生物样品的表面[6]及亚表面分析，以及高温超导性[7]的研究。但是在极低温量子信息领域中的应用还鲜有报道△。英国国家物理实验室NPL的塞巴▓斯蒂安·德·格拉夫（Sebastian de Graaf）小组与英国ㄨ伦敦大学谢尔盖·库巴特金（Sergey Kubatkin）教授小组合作开发了一种在30 mK下工作的新型低温近场扫描微波显微镜，同时，该显微镜还结合了高达6GHz的微波表征和AFM技术，旨在满足量》子技术领域的新兴需求。
整个系统置于一台稀释制♂冷机中（如图1（b）所示），NSMM显微镜的示意图如图←1（a）所示：在石英音叉上※附着了一个平均光子占有率为
图1.（a）NSMM显微镜的示意图。（b） 稀释制冷▆机中弹簧和弹簧悬挂的NSMM示意图。
测量结果
如图2所示，Sebastian教授演示了在单光子区域中以纳米级分辨率进行扫【描的结果。扫描的区域与在硅衬底上形成铝图▅案的样品相同。扫描显示三个金属正方→形（2×2μm2）与两个较大的结构相邻，形成一个叉指电容器。叉指电容器的每个金手指有1 μm的宽度和间距，尽管在图2中，由于尖端的形状，这些距离看起来不ζ同。
图2. 在30 mK下扫描具有相邻金属垫的交叉指电容器.（a）得到的AFM形貌图。（b） 单光子微波扫描（
attocube低温位移台
德国attocube公司是世界上著名的极端环境纳米精度位移器制造公司。拥有20多年的高√精度极低温纳米位移台的研发和生产经验。公司已经为世界各地ω 科学家提供了5000多套位移『系统，用户遍及全球著名的研究所和大＠ 学。它生产的位移器设计紧凑，体积极小，种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和扫描器。德国attocube公司的位◥移器以稳定而优异的性能、原子级的定位精度、纳米位移步长和厘米级位移范围深受科学家的肯定和赞誉。产品广泛应用于普通大气环境◆和极端环境中，包括超高ㄨ环境(5E-11 mbar)、低温环境（10mK）和强磁场■中（31 Tesla）。
图3. attocube低温强磁场纳米精度位移器，扫描器，3DR
主要参数及技术特∮点
参考文献：
[1]. Binnig, G., Rohrer, H., Gerber, C. & Weibel, E. Surface studies by scanning tunneling microscopy. Phys. Rev. Lett. 49, 57 (1982).
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[4]. Kundhikanjana, W., Lai, K., Kelly, M. A. & Shen, Z. X. Cryogenic microwave imaging of metalinsulator transition in doped silicon. Rev. Sci. Instrum. 82, 033705 (2011).
[5]. Gregory, A. et al. Spatially resolved electrical characterization of graphene layers by an evanescent field microwave microscope. Physica E 56, 431 (2014).
[6]. Gregory, A. et al. Spatially resolved electrical characterization of graphene layers by an evanescent field microwave microscope. Physica E 56, 431 (2014).
[7]. Lann, A. F. et al. Magnetic-field-modulated microwave reectivity of high-Tc superconductors studied by near-field mm-wave. microscopy. Appl. Phys. Lett. 75, 1766 (1999).
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