納米科學研究邁入無液氦新時代！深耕掃描探針顯微鏡領域數十年的RHK Technology，在經典無液氦PanScan Freedom基礎上完成多方位技術突破，正式推出第三代匠心之作，PanScan Freedom II 無液氦掃描探針顯微鏡。這款全新設備以5 K 液氦級低溫、7T 原位強磁場、創新雙掃描模式、全無遮擋光學通路、70%+ 超高光收集效率以及豐富的定制化解決方案等六大核心優勢，在無液氦平臺下實現了性能的全面躍升，為量子材料、關聯電子體系、光-物質相互作用等前沿領域的復雜研究探索，打造出更*、更靈活、更高效的綜合性研究解決方案，樹立起無液氦掃描探針顯微鏡的全新行業前沿。

5K低溫突破，*液氦級性能

PanScan Freedom II 在初代產品低溫技術基礎上持續精進，將無液氦低溫極限降至 5 K，真正實現液氦級的實驗性能，這是無液氦低溫 SPM 領域的又一重大突破。相較于傳統液氦設備，PanScan Freedom II 無需頻繁補充液氦，擺脫了液氦使用的復雜性，讓長期、無間斷的極低溫實驗成為科研常態，為量子材料等需要極低溫實驗環境的研究，從設備與成本層面掃清了關鍵障礙。

集成 7T 無液氦原位磁體，磁光兼容破解行業傳統難題

PanScan Freedom II創新性在超高真空無液氦低溫SPM內部，實現7T原位磁體的一體化集成，且磁體與掃描頭由同一臺無液氦低溫恒溫器冷卻，從根本上解決了傳統磁場系統與光學通路互斥的問題。設備在擁有強磁場實驗能力的同時，無需犧牲探針的可視性與操作空間，讓磁、光、電、力多場耦合的原位實驗成為可能，為關聯電子體系等需要強磁場環境的研究提供了核心技術支撐。

PanScan 掃描頭實現集成 7 T 無液氦磁體。用于樣品觀測、光收集與分子沉積的所有光學通路均保持無遮擋狀態。

全無遮擋光學通路，解鎖多場耦合原位實驗

作為區別于同類設備的核心優勢，PanScan Freedom II對光學系統進行了全新優化，打造全無遮擋光學通路，保留多條通往探針/樣品結區的光學路徑，可實現光的精準注入與高效收集、探針的高分辨率光學觀測（可將探針精準定位至小于 3 μm的特征區域，還能直接向低溫樣品表面進行分子沉積。更關鍵的是，所有光學操作均不犧牲磁場性能，打破傳統設備在磁場環境下光學通路遮擋、探針操作受限的弊端，讓磁、光、電、力多場耦合原位實驗成為現實。

超高真空腔體下的精確探針定位，光學分辨率可達3微米

創新雙掃描模式，兼顧超高分辨率與三維大掃描范圍

針對科研中高分辨率與大范圍掃描的雙重需求，PanScan Freedom II 創新探針掃描 + 樣品掃描雙模式，實現了性能與效率的雙重提升。可選配樣品掃描模塊，實現探針掃描與樣品掃描雙模式，兼顧了原子級分辨率掃描與大范圍掃描的雙重實驗需求。在低溫下，探針掃描可實現 1.5 μm×1.5 μm 范圍的原子級分辨率掃描；樣品掃描則能實現 15 μm×15 μm×15 μm 的三維大范圍掃描，且全程將探針穩定保持在激光與反射鏡收集系統的精確焦點上，無需反復調焦，既可以對樣品進行大范圍形貌掃描，又能對目標區域進行高分辨的光 - 物質相互作用研究，大幅提升實驗效率。

PanScan新一代掃描頭可支持1.5 μm×1.5 μm的探針掃描模式和15 μm×15 μm×15 μm的樣品掃描模式

超高效率光收集模塊，實現全光譜光 - 物質相互作用研究

PanScan Freedom II的 Lumin 超高效率光收集模塊選件，將光收集效率提升至 70% 以上，實現從深紫外到遠紅外的全光譜光注入與收集，支持拉曼光譜、陰極熒光、掃描隧道顯微鏡光發射譜、光致發光等多種測量模式，為光 - 物質相互作用研究打造了高度通用的實驗平臺，大幅拓展了光學相關納米研究的邊界。

左）PanScan Freedom II高度優化的結構設計，探針穿過反射鏡上的孔的方式；右）PanScan Freedom II通過原位三軸納米操縱手，將拋物面反射鏡插入到探針與樣品之間

傳承經典優勢，兼顧性能與實用性

PanScan Freedom II 在技術突破的同時，深度傳承初代產品的核心優勢，讓科研設備更貼合實際科研場景需求：

• 延續了緊湊堅固的結構設計，具備超卓的抗噪聲與地面振動能力，無需專用的減震實驗室，即便在樓宇高層也能實現原子級分辨率測量；

• 兼容 RHK 行業前沿的 R10 控制器，實現實驗過程的靈活與精準控制；

• 新增磁體等模塊后，整機尺寸仍小于傳統液氦系統，大幅節省實驗室空間；

• 支持與超高真空制備腔和分析腔集成，滿足科研團隊的個性化升級與定制化實驗需求。

定制化解決方案，精準適配前沿科研個性化需求

針對現有商用產品無法滿足的前沿研究需求，RHK 是業內優選的定制化解決方案提供商，將客戶科研構想轉化為實際技術方案，新一代PanScan Freedom II的多項功能升級均源于科研人員的實際需求，例如Lumin 超高效率光收集模塊選件、探針/樣品雙掃描模式等，除此以外，RHK公司為PanScan掃描頭打造了豐富的訂制化方案，精準適配不同研究方向的個性化需求：

1. 可在Load Lock和氦3低溫恒溫器中轉移的掃描頭訂制方案

麻省理工學院的Jagadeesh Moodera老師團隊要求掃描頭可在load lock與氦 3 低溫恒溫器之間轉移，以便在投入大量時間與液氦將樣品降溫至 300 mK 開展精細測量之前，預先完成樣品與探針的表征。RHK的工程師為此專門設計了支持在兩個測量位置均能直接對接基座接口的PanScan掃描頭方案。相關工作以Signature of a pair of Majorana zero modes in superconducting gold surface states為題發表在《PNAS》期刊上^[1]。

2. 樣品旋轉功能的PanScan Flow訂制方案

芝加哥大學的Steve Sibener老師團隊要求基于超音速分子束入射角影響下研究樣品與分子束的相互作用過程。RHK的工程師為此專門設計了一款可相對入射的超音速分子束進行旋轉樣品的PanScan Flow掃描頭。相關工作以Submonolayer and Monolayer Sn Adsorption and Diffusion Behavior on Oxidized Nb(100)為題發表在《The Journal of Physical Chemistry C》期刊上^[2]。

3. 原位可更換光纖替代傳統 STM 針尖訂制方案

哥倫比亞大學的Abhay Pasupathy老師團隊要求以原位可更換光纖替代傳統 STM 針尖，該光纖既能輸出小光斑、高通量密度的照明光照射樣品表面，又能通過同一光纖收集反射光，實現在單原子層 WSe?中觀測連續波激光誘導的光學能帶工程。為此RHK工程師對PanScan Flow掃描頭進行了結構訂制，以適配定制化探針夾持裝置。相關研究成果以Optical Band Engineering of Monolayer WSe₂ in a Scanning Tunneling Microscope為題發表在《Arxiv》上^[3]。

4. 樣品背向光信號采集訂制方案

巴黎綜合理工學院的研究人員需要將掃描頭集成于低溫恒溫器內部，同時需要實現樣品背向光信號采集。為此，RHK的工程師額外加裝壓電馬達，可對樣品背面的光學組件進行精密調節與聚焦。

5. PanScan掃描頭的經典方案

PanScan Head：目前已有超 100 臺在全球各個實驗室投入使用。其緊湊堅固的結構設計具備優異的抗外界振動與環境干擾能力，眾多系統即便安裝于建筑物高層也能穩定運行，幫助用戶省去搭建大型、高成本隔振實驗室的需求。PanScan掃描頭采用行業標準的Flag旗型樣品托，可與其他表面科學儀器實現無縫集成；樣品托最多支持 5 路電極，探針托支持 3 路電極。可選功能包括：STM, qPlus AFM, shear-force AFM。

PanScan Flow：PanScan Flow配備了超低噪聲的流式低溫恒溫器，用戶可按需接入液氮或液氦制冷。液氮制冷時，樣品和探針的低溫度可達82K；液氦制冷時，樣品和探針低溫度可達12K。PanScan Flow配置了渦流阻尼彈簧減振系統、4 個原位低溫沉積口以及即時熱處理和取用樣品/針尖的存儲架。

PanScan UHV RT：PanScan UHV RT（室溫） 是一款通用性掃描頭，適配多數配備 6 英寸頂部接口的真空腔室。在預算有限的場景下，常被用于大氣壓環境實驗，未來可根據研究需求演進，輕松升級至 PanScan Flow或 PanScan Freedom 系統。

PanScan Freedom 系列在前沿科學研究中的高水平成果

1. 《Nature Physics》：Dynamic phase transition in 1T-TaS₂ via a thermal quench

美國東北大學Alberto de la Torre老師和布朗大學Kemp W. Plumb老師^[4]通過熱淬火（Thermal Quench）技術，成功將1T-TaS?中原本僅在超快激光或極低溫下存在的隱藏金屬態（H-CDW）穩定在了熱平衡狀態（高達210 K）。這一發現將隱藏態確立為熱穩定相，為量子材料中的可開關金屬行為提供了新的調控機制。

圖中左側是利用PanScan Freedom表征的 STM 圖像，清晰展示了混合電荷密度波（mixed?CDW）相的形貌圖；右側則是六個不同疇區各自對應的 dI/dV 曲線，數據表明，與緩慢冷卻的 C?CDW 相（灰色曲線）相比，1T?TaS? 的電子結構具有更窄的能隙。

2. 《Nature Communications》：Large-area, periodic, and tunable intrinsic pseudo-magnetic fields in low-angle twisted bilayer graphene

中國科學技術大學秦勝勇老師與武漢大學袁聲軍老師及其他國內外同行合作^[5]第一次在雙層轉角石墨烯體系中發現了本征贗磁場存在的重要證據，結合大尺度理論計算指出該贗磁場來源于層間相互作用導致的非均勻晶格重構。

圖中左側是利用PanScan Freedom在 0.48° 小角度扭轉雙層石墨烯上表征的STM 形貌圖，清晰展示了 AA、AB、BA 等堆疊區域；右側是對應的掃描隧道譜（STS），直接觀測到了贗朗道能級的特征。

3. 《Nature Communications》：Electronic Janus lattice and kagome-like bands in coloring-triangular MoTe? monolayers

中國人民大學程志海老師團隊^[6]在實驗上第一次在單層三角相 MoTe?中發現了一種獨特的 “著色三角"（coloring-triangular）原子排布，形成了類似Janus 晶格的結構，這種特殊的原子排列誘導出了類 Kagome 電子能帶，表現出平帶等特性，為探索關聯電子態、拓撲物態等新奇量子現象提供了理想的材料平臺。

圖中是利用PanScan Freedom在低溫下獲得的原子級分辨率 STM 圖像，清晰展示了具有鏡像孿晶對稱性的疇界。

4. Nature Communications》：Superconductivity emerging from a stripe charge order in IrTe? nanoflakes

韓國浦項科技大學Jonghwan Kim, Tae-Hwan Kim, Jun Sung Kim老師團隊^[7]在二碲化銥（IrTe?）納米片中，通過實驗第一次觀測到條紋狀電荷序（stripe charge order）與超導態的競爭與演化關系。高溫下IrTe?表現出條紋狀電荷密度波（CDW）有序態，而當溫度降低到臨界值以下時，這種電荷序被抑制，材料進入超導態。這一現象揭示了：電荷序與超導性是相互競爭的量子物態，通過調控電荷序可以誘導出超導，為理解高溫超導等關聯電子體系提供了新的實驗范例。

左圖為厚度為 20 nm 的 IrTe? 納米片在 T?=?85 K 時利用PanScan Freedom大范圍掃描的STM圖像（標尺：300 nm）。該樣品中僅存在條紋相電荷序疇區，由紅、綠、藍三色線條標示；黑色線條表示三個等價條紋電荷序疇區之間的疇界。右圖是左圖中均勻條紋區域的原子級分辨 STM 圖像（T?=?85 K），呈現出5×1 表面重構（標尺：2 nm）。

從 1981 年深耕表面科學儀器，到 2014 年推出初代無液氦 SPM，再到 2026 年 PanScan Freedom II 的全新亮相，RHK Technology始終以推動納米科學發展為使命，用持續的創新消除科研探索中的現實障礙。PanScan Freedom II 作為第三代無液氦掃描探針顯微鏡，既是對 PanScan Freedom 經典設計的傳承，更是對無液氦 SPM 性能極限的全面突破。

六大核心升級集于一身的PanScan Freedom II，將成為全球納米科學研究人員的全新科研利器，在微觀尺度上助力科研工作者解鎖物質本質的更多奧秘，推動量子材料、關聯電子體系、光 - 物質相互作用等前沿領域的研究不斷邁向新高度。

參考文獻：

[1]. Manna, S., Wei, P., Xie, Y., Law, K. T., Lee, P., & Moodera, J. (2020). Signature of a pair of Majorana zero modes in superconducting gold surface states. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(16), 8775–8782.

[2]. Willson, S. A., Farber, R. G., Hire, A. C., Hennig, R. G., & Sibener, S. J. (2023). Submonolayer and Monolayer Sn Adsorption and Diffusion Behavior on Oxidized Nb(100). The Journal of Physical Chemistry C, 127(6), 3339–3348.

[3]. Wu, X., Darlington, T. P., Holbrook, M. A., Yanev, E. S., Holtzman, L. N., Xu, X., Hone, J. C., Basov, D. N., Schuck, P. J., & Pasupathy, A. N. (2024). Optical Band Engineering of Monolayer WSe? in a Scanning Tunneling Microscope. arXiv, arXiv:2411.01010.

[4]. de la Torre, A., Wang, Q., Campbell, B. et al. Dynamic phase transition into a mixed?CDW state in 1T?TaS? via a thermal quench. Nat. Phys. 21, 890–897 (2025)

[5]. Shi, H., Zhan, Z., Qi, Z. et al. Large-area, periodic, and tunable intrinsic pseudo-magnetic fields in low-angle twisted bilayer graphene. Nat Commun 11, 371 (2020)

[6]. Lei, L., Dai, J., Dong, H. et al. Electronic Janus lattice and kagome-like bands in coloring-triangular MoTe₂ monolayers. Nat Commun 14, 6320 (2023)

[7]. Park, S., Kim, S.Y., Kim, H.K. et al. Superconductivity emerging from a stripe charge order in IrTe₂ nanoflakes. Nat Commun 12, 3157 (2021)