attoAFM/attoMFM/attoSHPM采用模块化的设计。利用标配的控制器和样品扫描台，用户仅需要更换扫描头和对应的光学部件即可实现不同功能之间的切换。 

■  attoAFM I 低温原子力显微镜

attoAFM I低温原子力显微镜设计紧凑，专为极低温与强磁场环境使用设计。显微镜固定探针而保持样品的扫描，通过高精度光纤式激光干涉仪探测探测探针的反射信号。该反射式探测技术，由于激光干涉仪的信号强度与激光波长成正比，可以直接测量得到探针的周期性振幅与高度变化。工作模式有接触与非接触式两种。

■  闭环扫描升级

基于attocube公司的光纤式激光干涉仪，低温显微镜可以升级安装具备状态稳定的1nm精度闭环传感器。ASC500扫描控制内安装了软件之后，可以实时的读出定位位置。闭环扫描模式下，可以测量具有完美线性关系的扫描图形。在高速扫描中，软件具有调整扫描加速度的功能。

值得提出的是，激光干涉仪可以在低温位移台的全行程范围5mm x 5mm内精确定位。该扫描功能建立了样品全范围坐标系统（sample global coordinate system)。通常的扫描台的扫描范围只有微米级别。基于坐标系统，完成一次扫描台扫描之后，移动位移台可进行下一个区域的扫描，不同扫描数据图像可以被整理组合起来。

■  attoAFM I 扫描头，无需校正探针架

attoAFM I显微镜的扫描头具有无需校正探针架，AFM探针更换之后无需任何校正，光纤激光直接照射在AFM探针上。折叠机制的设计保证了探针架的方便取出，无需把整个扫描头拆下。

attoAFM I低温原子力显微镜（以及可升级的MFM，PFM, KPFM, ct-AFM显微镜）自动包含具有无需校正探针架设计的扫描头，兼容所有商业化AFM探针(XY自动对齐，Nanosensors公司专利技术）。

■  MFM磁力显微镜升级

MFM磁力显微成像是最广泛应用的原子力显微成像技术，使用磁性探针测量杂散磁场Z方向的梯度。

■  PFM压电力显微镜升级

PFM压电力显微镜能够对多铁材料由于AFM针尖施加的局域电场引起的局域形变扫描成像。

■  ct-AFM导电力显微镜升级

ct-AFM导电力显微镜能够把样品由于AFM针尖施加的偏置电压引起的局域电学信号扫描成像。 

ct-AFM升级包含： • 低噪音电流放大器 • 10个 导电探针 • ct-AFM测试样品 • ct-AFM工厂测试：室温与低温测试 • ct-AFM现场展示：安装与培训期间             钌金属的ct-AFM图像

■  KPFM开尔文探针显微镜升级

KPFM开尔文探针显微镜能够探测材料与AFM针尖的相对功函数的局域变化。 

■  低温强磁场扫描霍尔显微镜- attoSHPM系统

AM：化合物薄膜中纳米尺度非共线自旋结构研究

低温强磁力显微镜attoMFM

近年来，磁性斯格明子受到了广泛的关注。这些拓扑保护的非共线磁性自旋结构纳米粒子稳定在反转对称破坏的磁性化合物中，是手性卓洛辛斯基-莫里亚相互作用(DMI)以及铁磁交换相互作用的结果。最为广泛研究的自旋结构首先是在单晶和外延薄膜中非中心对称B20化合物中观察到的类布洛赫斯格明子，其次是在超薄铁磁层和重金属层形成的薄膜异质结构中的斯格明子。对非共线自旋结构的观察很多都是利用从晶体中提取的薄片进行的。磁性纳米粒子，即反斯格明子和布洛赫斯格明子，已被发现同时存在于由具有二维对称的反四方赫斯勒化合物形成的单晶片层中。然而，制作四方赫斯勒化合物的薄膜以及在其中的自旋结构测量仍然具有挑战性。 

图1. 100K温度MFM成像研究35 nm厚Mn₂RhSn薄膜中纳米级磁性结构的演化

通过各种直接成像技术可以在真实空间中观察到斯格明子。近期，德国科学家Parkin等人使用低温强磁场磁力显微镜(MFM)成像来研究[001]取向的Mn₂RhSn薄膜中的磁性结构。实验结果表明：由磁控溅射形成的Mn₂RhSn外延薄膜中存在磁性纳米粒子。类似于单晶薄片，这些纳米粒子在广泛的尺寸范围内以及在磁场和温度下都具有稳定性。然而，纳米粒子并没有形成明确定向的阵列，也没有任何证据发现螺旋自旋结构，这可能是薄膜中化学顺序均匀性较差导致的结果。然而，在外延薄膜中发现了沿垂直晶体方向的椭圆扭曲纳米粒子，这与在单晶片中观察到的椭圆布洛赫斯格明子一致。因此，这些测量结果为Mn₂RhSn薄膜中非共线自旋结构的形成提供了强有力的证据。实验结果表明，在这些薄膜中，可以利用磁性前沿的局部磁场来删除单个纳米物体，也可以写出纳米粒子的集合。

参考文献：[1]. Parkin et al, Nanoscale Noncollinear Spin Textures in Thin Films of a D_2d Heusler Compound，Adv. Mater. 2021, 33, 2101323.

详细信息请查阅：https://qd-china.com/zh/news/detail/2204131630320

■  SrRuO3中缺陷工程与电场调控拓扑自旋结构的研究

低温强磁力显微镜attoMFM

近期，北京师范大学的张金星与中国科学技术大学的王凌飞教授课题组的研究以封面文章的形式发表在《Advanced Materials》杂志上（见图1），这项工作主要研究了缺陷工程与电场调控SrRuO₃中拓扑自旋结构的工作。文章指出在钙钛矿结构的SrTiO₃（001）衬底和SrRuO₃薄膜之间的界面上，不同的化学势使氧空位优先从SrTiO₃扩散到SrRuO₃。这种单向氧空位扩散过程可以在化学计量和缺氧SrRuO₃层之间创建一个新的界面，由此产生的反转对称性破坏可以进一步触发涡旋状自旋织构，即斯格明子磁泡。

参考文献：

1. Jingdi Lu, Liang Si, Qinghua Zhang, Chengfeng Tian, Xin Liu, Chuangye Song, Shouzhe Dong, Jie Wang, Sheng Cheng, Lili Qu, Kexuan Zhang, Youguo Shi, Houbing Huang, Tao Zhu, Wenbo Mi, Zhicheng Zhong, Lin Gu, Karsten Held, Lingfei Wang*, and Jinxing Zhang*, Defect-Engineered Dzyaloshinskii–Moriya Interaction and Electric-Field-Switchable Topological Spin Texture in SrRuO₃，Advanced Materials., 2021, 33, 2102525.

2. Jingdi Lu, Liang Si, Xiefei Yao, Chengfeng Tian, Jing Wang, Qinghua Zhang, Zhengxun Lai, Iftikhar Ahmed Malik, Xin Liu, Peiheng Jiang, Kejia Zhu, Youguo Shi, Zhenlin Luo, Lin Gu, Karsten Held, Wenbo Mi, Zhicheng Zhong, Ce-Wen Nan, and Jinxing Zhang , Electric field controllable high-spin SrRuO₃ driven by a solid ionic junction. Phys. Rev. B 101, 214401 (2020) .

详细信息请查阅：https://qd-china.com/zh/news/detail/2109280928472

■  通过等离子体处理实现六角氮化硼气泡中的氢分离

低温强磁场原子力显微镜attoAFM

在原子尺寸容积内存储微量气体是科研中一项十分有意义的研究。其中，阻隔材料的选择是影响气体存储的重要因素：该材料必须形成气泡来包覆存储的气体，且必须在极端环境下保持稳定，更重要的是材料本身不能与存储气体有任何的化学或者物理的相互作用。近期，中国科学院上海微系统与信息技术研究所的王浩敏研究员课题组就这项研究在《自然-通讯》杂志上发表了通过等离子体处理实现六方氮化硼气泡中的氢分离的工作。

作者使用了一套attoAFM I低温原子力显微镜，显微镜可以在闭循环低温恒温器attoDRY1100（attoDRY2100系列）内被冷却到极低的液氦温度。在特定的测量温度下，原子力显微成像结果可以帮助研究者证实在33.2 K ± 3.9 K温度的时候气泡消失，证实了被包覆气体的消失。由于该转变温度与氢气的冷凝温度（33.18K）接近，该实验结果可以证明氢气气体存在与六方氮化硼气泡内。该工作成功地在六方氮化硼内存储了氢气，为未来氢气的存储提供了全新的方法。

参考文献：

[1]Haomin Wang et al, Isolating hydrogen in hexagonal boron nitride bubbles by a plasma treatment, Nat. Commun., 2019, 10, 2815.

■  发现金属绝缘转变的中间态

低温强磁场原子力显微镜attoAFM/磁力显微镜attoMFM

通常，一阶金属-绝缘体转变表明金属态与绝缘相可以在超快的时间尺度内共存。来自上海复旦大学的沈健教授以及殷立峰课题组发现了La_0.325Pr_0.3Ca_0.375MnO₃材料在光诱导下的一阶金属-绝缘相变中可以存在长时间稳定的第三种中间态。这个实验结果表明，铁磁金属态与电荷有序绝缘态两种不同态之间存在一定的联系。

上图: 左上角器件示意图，光纤引入激光照射到样品表面； 不同光强度下，MFM磁力显微镜数据表明样品中存在三种不同相态的存在，三种相态分别是铁磁金属态，电荷有序绝缘态以及中间态

德国attocube公司的低温强磁场原子力显微镜attoAFM使用双通道模式可以同时测量样品的表面形貌以及样品的磁畴分布，空间分辨率可以达到纳米尺度。结合磁力显微镜成像与磁光克尔（MOKE）测量，课题组作者鉴定了中间态是铁磁金属态与电荷有序绝缘态的共存状态。该实验发现在一阶金属绝缘中开创了两个完全不同的相变态的共存。下一步，该实验结果可以被参考用于研究其他凝聚态材料中的一阶金属绝缘相变。

上图：图左MFM磁力显微镜数据：1是铁磁金属态，2是中间态，3是电荷有序绝缘态。图右：三种不同态在不同光照强度下的强度变化。

参考文献：

[1] LiFeng YIN, et al. Unexpected Intermediate State Photoinduced in the Metal-Insulator Transition of Submicrometer Phase-Separated Manganites, Physical Review Letters, 120, 267202 (2018).

■  磁场驱动的磁畴结构变化研究

低温强磁场磁力显微镜attoMFM

挪威科技大学Erik Folven的课题组使用了德国attocube公司的attoAFM I低温强磁场原子力磁力显微镜研究了闭环低温恒温器attoDRY1000内样品的拓扑缺陷，该拓扑缺陷研究有助于材料的磁畴状态变化的进一步理解。在5K极低温下测试的MFM（磁力显微镜）图像数据（下图）加深了对于微米尺寸磁畴状态转变的理解，测试后的样品依然具有高度稳定性。该成果可能为控制与转变微米甚至纳米磁体打开了一个新的方向。

参考文献：Appl. Phys. Lett. 112, 042401 (2018)

■  调控拓扑绝缘体磁畴壁手性边界态

低温强磁场磁力显微镜attoMFM

K. Yasuda等人利用德国attocube公司的低温强磁场磁力显微镜attoMFM在0.5K温度与0.015T磁场环境下，证实了拓扑绝缘体磁畴壁的手性边界态的可调控性能。作者基于Cr-掺杂 (Bi1-ySby)₂Te₃制备了拓扑绝缘体薄膜（图1C）。图1D为在0.5K极低温下使用MFM测量的材料中的磁畴分布，可以清晰看到自然形成的随机分布的大小与形貌不一的磁畴。通过使用MFM磁性探针的针尖在0.015T的磁场环境下扫描样品区域成功实现了对材料磁畴的调控。

图1.  A与B: 拓扑绝缘体磁畴调控示意图； C：拓扑绝缘体材料结构 ；D: attoMFM观测多个磁畴；E与F；MFM探针调控磁畴

图2.  A: 霍尔器件电测量结果；B: attoMFM观测不同磁场下拓扑绝缘体的磁畴情况

参考文献：K. Yasuda, et al, Science 358, 1311–1314 (2017) 

■  纳米尺寸分子磁通漩涡中心极性反转

低温强磁力显微镜attoMFM

对于电子自旋结构的成像与操纵一直以来是磁学领域的挑战，与之相关的电子自旋现象有斯格明子、刺猬状自旋结构、磁通漩涡等。磁通漩涡电子自旋结构是研究多位磁学存储介质的一个重要现象。关于磁通漩涡中心极性反转的工作都是对微米尺度开展的，纳米尺度的磁通漩涡中心极性反转工作需要进一步的研究。

Elena P. 等人利用德国attocube公司的低温强磁场磁力显微镜attoMFM在实验中清晰的观测到了25nm尺寸单个分子中磁通漩涡中心极性反转现象。有趣的是，只需通过施加很小的外加磁场（600 Ｏｅ左右），单分子中的磁通漩涡就可实现中心极性反转。在４.２Ｋ的低温环境中，通过施加连续变化的外加磁场与attoMFM成像的实验数据，分析表明，纳米单分子磁通漩涡磁性随着外加磁场可以发生清晰的中心极性反转。作者也实验研究了不同尺寸单个分子中的磁通漩涡中心极性反转机制。

作者预见，该次实验结果中纳米尺寸单分子的磁通漩涡中心极性转换的特性可能为未来数据存储开创了新的方法，数据的读写可以通过很小的磁场来操纵。

上图　实验观测到纳米分子中磁通漩涡中心极性反转

 参考文献：“Switching the Magnetic Vortex Core in a Single Nanoparticle”Elena P. et al, ACS Nano 2016, 10, 1764−1770

■  氧化物材料中尺寸限制对于电子相分离现象

低温强磁力显微镜attoMFM

电子相分离（Electronic phase separation, EPS）对复杂氧化物（例如锰氧化物）的电学与磁学性质具有很大的影响。一个很重要但是还未被完全理解的问题是材料尺寸对于复杂氧化物中电子相分离（Electronic phase separation, EPS）的影响是什么。

J. Shao等人利用attoMFM分析了不同尺寸（五百纳米到7微米）LPCMO氧化物圆盘在不同温度下的磁学性质。磁力成像结果（图1）表明，当圆盘尺寸较大的时候，电子相分离是铁电金属相与有序电荷绝缘相两相共存状态。令人惊奇的，当材料本身尺寸小于电子相分离特征尺寸时候，电子相会转变为一个单相状态。 

作者预见：该研究结果对于电子相分离操纵有积极意义，对氧化物电子与自旋电子器件应用会有潜在帮助。

参考文献：“Emerging single-phase state in small manganite nanodisks” J. Shao et al, PNAS 2016, 113(33), 9228

■  元素有序(无序)掺杂对氧化物电子相分离影响 

低温强磁力显微镜attoMFM

在大部分的强关联体系中，例如庞磁电阻材料与高温超导材料中，化学掺杂对于其优异物理性能有巨大的影响。而掺杂元素的有序无序对于物理性质的影响是一个由来已久的问题。

Y. Zhu等人利用attoMFM研究了有序掺杂Pr元素(MBE生长制备)的LPCMO膜与普通无序掺杂Pr元素LPCMO样品的磁学成像性质（图1）。其中，正相位信号代表铁电相而负相位信号代表反铁磁有序电荷相。从磁学成像的结果可以直观清晰的看到，铁磁相在有序掺杂样品中的区域尺寸（domain size）明显小于无序掺杂样品。该实验结果表明有序掺杂Pr元素使得电子相分离尺寸明显减小。通过分析电学输运测量数据与理论模拟计算分析，由于金属铁磁相更具有主导地位，该有序掺杂的LPCMO材料比无序掺杂的材料的金属绝缘体转变问题高100度。

作者指出，由于Ca元素掺杂在该LPCMO超晶格材料中依然是无序的，化学掺杂是否完全抑制LPCMO体系中金属电子相是一个值得继续研究的课题。

参考文献：Chemical ordering suppresses large-scale electronic phase separation in doped manganites. Y. Zhu et al, Nature Communications 2016, 7:11260

■  电流对氧化物薄膜铁磁金属畴边界影响

低温强磁力显微镜attoMFM

钙钛矿结构的锰氧化物的物理性质受到外在激励例如磁场、电场、应变、压力、光照，电流的影响。之前研究表明，电流对于LPCMO体系样品产生电阻大幅度下降与磁学微小变化的影响，然而该LPCMO样品中上述实验现象与庞电阻机制的直接证据需进一步探索。

W. Wei等人利用attoMFM显微镜研究了不同电流密度电流扫描对LPCMO样品中铁电金属畴的影响。研究再次证明，电流确实对LPCMO体系样品产生电阻大幅度下降与磁学微小变化的影响。另外，MFM磁力原子力显微镜磁学性质成像(图1)数据表明经过电流扫描后样品的铁电金属畴形貌基本保持不变，但是铁电金属畴的边界（图1中蓝色椭圆区域内）发生了明显变化，该边界的变化很可能是该材料中庞电致电阻机制的关键影响因素。

作者指出，与之前学术界的猜想不同，电流不是影响样品中铁磁金属相畴的整体形貌，电流只是改变了磁畴的外部一个非常小个区域的形貌（整体形貌几乎不变）。

参考文献： Direct observation of current-induced conductive path in colossal-electroresistance manganite thin films. W. Wei et al, Physical Review B, 2016, 93, 035111

■  低温强磁场磁力原子力成像-强关联氧化物中边界态

低温强磁力显微镜attoMFM

边界态研究不仅有助于基础物理知识理解，而且对实际电子器件产品的开发也有巨大潜在帮助。最近，二维电子气中（拓扑绝缘体与石墨烯等）中由于破缺对称性引入边界态的研究引起广泛关注，然而，强关联氧化物中可能存在的边界态一直缺少实验验证。

上海复旦大学的杜凯博士等人利用德国attocube公司的低温强磁力显微镜attoMFM实验测量了强关联氧化物（LPCMO)中存在的边界态。实验过程中，杜博士等人研究了不同温度与磁场下强关联氧化物材料的表面形貌与磁力性能成像。attoMFM系统在测量样品的磁力成像之外还原位测量了电学输运性质。结合磁力性能成像、电学输运结果与理论计算分析，该氧化物材料当其自身越来越窄时，由于对称性破缺导致的铁磁金属性边缘态的存在，可以得到更高的金属绝缘转变温度与更低的电阻率。 

该结果首次实验观测到了强关联氧化物中破缺对称性引入的边界态，作者预见，强关联氧化物体系中可能存在更多新奇的边界物理状态。随着attoMFM在更多材料中应用，更多的物理现象与机制将被不断发现与证实。  

上图：低温磁场 (9T)下样品AFM与MFM图

参考文献：Kai Du et al. Visualization of a ferromagnetic metallic edge state in manganite strips. Nature Communications 2015, 6:6179

■  超巨磁阻材料磁畴研究

低温强磁力显微镜attoMFM

很多基于亚锰酸盐的混合物具有超巨磁阻效应。磁畴壁电阻会影响磁致电阻，然而对于温度与磁场强度对于铁电材料中的磁致电阻效应的影响还需进一步的理解。为了研究层状亚锰酸盐中的磁致电阻效应，是很有必要研究零磁场下不同温度下或者磁场引入的铁电态的铁电磁畴成像。

Benjamen B. 等人利用德国attocube公司的低温强磁场磁力显微镜attoMFM实验测量了铁电性超巨磁阻双层层状材料亚锰酸盐La1.2Sr1.8Mn2O7中的磁学性质。在零磁场下，不同温度下的磁力成像数据表明，在低于一定温度时候（通常是距离温度，该材料距离温度在118K左右），磁畴壁可以被明确观测到。在一定温度下，不同磁场下的磁力原子力显微成像数据表明，在接近但低于材料居里温度时，磁场对于磁畴壁的影响可以被明确观测到。随着磁场增大，由于混乱态被抑制，磁畴壁出现，当磁场接着变大，材料整体被磁化，因此磁畴壁会再次消失。 

通过以上低温磁场下磁力原子力显微镜的测量数据实际观察到了层状巨磁阻材料二层层状材料中的磁畴壁，温度与磁场对巨磁阻材料的影响被仔细研究。作者预见，该低温原子力磁力成像技术对磁学相位与成核过程等理解超巨磁阻效应关键步骤的研究具有很大帮助。

 参考文献：Bryant, B.;et al. Temperature and field dependence of magnetic domains in La_1.2Sr_1.8Mn₂O₇. Physical Review B 2015, 91, 134408.

更多应用案例，请您致电 010-85120280 或 写信至 info@qd-china.com 获取。

•  Jian SHEN, et al., Direct experimental evidence of physical origin of electronic phase separation in manganites. PNAS, (2020), 117 (13) 7090-7094

•  Jinxing ZHANG, et al., Electric field controllable high-spin SrRuO3 driven by a solid ionic junction. Phys. Rev. B 101, 214401 (2020) 

•  Jinxing ZHANG, et al., Inhomogeneous-strain-induced magnetic vortex cluster in one-dimensional manganite wire. Science Bulletin, 65, 201-207, (2020)

•  Dennis Meier, et al., Observation of Uncompensated Bound Charges at Improper Ferroelectric Domain Walls. Nano Lett. 2019, 19, 3, 1659–1664

•  Jinxing ZHANG, et al., Emerging ferromagnetic phase in self-assembled mixed valence manganite nanowires. Appl. Phys. Lett. 115, 162405 (2019)

•  Jian SHEN, et al., Achieving large and nonvolatile tunable magnetoresistance in organic spin valves using electronic phase separated manganites. Nature communications, 10: 3877 (2019).

•  Haomin WNAG, et al., Isolating hydrogen in hexagonal boron nitride bubbles by a plasma treatment. Nature communications, 10:2815, (2019).

•  Vasily S. Stolyarov, et al., Local Josephson vortex generation and manipulation with a Magnetic Force Microscope. Nature Communications  10, 4009 (2019) 

•  Du, K., et al., Vortex ferroelectric domains, large-loop weak ferromagnetic

domains, and their decoupling in hexagonal (Lu, Sc)FeO3. npj Quantum Materials 3, 33 (2018)

•  G. Mínguez Espallargas , et al., Isoreticular two-dimensional magnetic coordination polymers prepared through pre-synthetic ligand functionalization, Nature Chemistry 10, 1001–1007 (2018)

•  Jian SHEN, et al., Unexpected Intermediate State Photoinduced in the Metal-Insulator Transition of Submicrometer Phase-Separated Manganites. Phys. Rev. Lett. 120, 267202(2018)

•  L. Lόpez-Mir, et al., Anisotropic sensor and memory device with a ferromagnetic tunnel barrier as the only magnetic element. Scientific Reports  8, 61 (2018) 

•  Vasily S. Stolyarov, et al., Domain Meissner state and spontaneous vortex-antivortex generation in the ferromagnetic superconductor EuFe2(As0.79P0.21)2. Science Advances  13 ,4,  (2018)

•  Sam D. Sloetjes, et al., Interplay between bulk and edge-bound topological defects in a square micromagnet. Appl. Phys. Lett. 112, 042401 (2018)

•  K. Yasuda, et al. Quantized chiral edge conduction on domain walls of a magnetic topological insulator. Science 358, 1311-1314, (2017)

•  Jian SHEN, et al., Reversibility of magnetic field driven transition from electronic phase separation state to single-phase state in manganites: A microscopic view, Physical Review B 96, 195154 (2017)

•  Jian SHEN, et al., Chemical ordering suppresses large-scale electronic phase separation in doped manganites. Nature communications, 7:11260, (2016).

•  Jian SHEN, et al., Emerging single-phase state in small manganite nanodisks.PNAS , (2016), 113 (33) 9228-9231

•  Jian SHEN, et al., Direct observation of current-induced conductive path in colossal-electroresistance manganite thin films. Physical Review B 93, 035111, (2016).

•  Jian SHEN, et al., Visualization of a ferromagnetic metallic edge state in manganite strips. Nature Communications, 6:6179, (2015).

•  Bryant, B.; et al. Temperature and field dependence of magnetic domains in La1.2Sr1.8Mn2O7. Physical Review B, 91, 134408,(2015).

•  Tetienne, J. P.; et al. Nanoscale imaging and control of domain-wall hopping with a nitrogen-vacancy center microscope. Science 344, 1366-1369(2014)

•  P. Milde, et al., Unwinding of a Skyrmion Lattice by Magnetic Monopoles. Science 340, 6136,1076-1080(2013)

attocube公司产品以其稳定的性能、极高的精度和良好的用户体验得到了国内外众多科学家的认可和肯定，在全球范围内有超过了130多位低温强磁场显微镜用户。attocube公司的产品在国内也得到了低温、超导、真空等研究领域著名科学家和研究组的欢迎.....

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attoAFM低温强磁场原子力显微镜-闭环扫描

attoAFM低温强磁场原子力显微镜-tip exchange 换针