颠覆性升级！5K+7T等六大优势重磅加持，新一代无液氦扫描探针显微镜开启纳米研究新边界

发布日期：2026-03-24

纳米科学研究迈入无液氦新时代！深耕扫描探针显微镜领域数十年的RHK Technology，在经典无液氦PanScan Freedom基础上完成全方位技术突破，正式推出第三代匠心之作，PanScan Freedom II 无液氦扫描探针显微镜。这款全新设备以5 K 液氦级低温、7T 原位强磁场、创新双扫描模式、全无遮挡光学通路、70%+ 超高光收集效率以及丰富的定制化解决方案等六大核心优势，在无液氦平台下实现了性能的全面跃升，为量子材料、关联电子体系、光-物质相互作用等前沿领域的复杂研究探索，打造出更强大、更灵活、更高效的综合性研究解决方案，树立起无液氦扫描探针显微镜的全新行业标杆。

5K低温突破，比肩液氦级性能

PanScan Freedom II 在初代产品低温技术基础上持续精进，将无液氦低温极限降至 5 K，真正实现液氦级的实验性能，这是无液氦低温 SPM 领域的又一重大突破。相较于传统液氦设备，PanScan Freedom II 无需频繁补充液氦，彻底摆脱了液氦使用的复杂性，让长期、无间断的极低温实验成为科研常态，为量子材料等需要极低温实验环境的研究，从设备与成本层面扫清了关键障碍。

集成 7T 无液氦原位磁体，磁光兼容破解行业传统难题

PanScan Freedom II创新性在超高真空无液氦低温SPM内部，实现7T原位磁体的一体化集成，且磁体与扫描头由同一台无液氦低温恒温器冷却，从根本上解决了传统磁场系统与光学通路互斥的问题。设备在拥有强磁场实验能力的同时，无需牺牲探针的可视性与操作空间，让磁、光、电、力多场耦合的原位实验成为可能，为关联电子体系等需要强磁场环境的研究提供了核心技术支撑。

PanScan 扫描头实现集成 7 T 无液氦磁体。用于样品观测、光收集与分子沉积的所有光学通路均保持无遮挡状态。

全无遮挡光学通路，解锁多场耦合原位实验

作为区别于同类设备的核心优势，PanScan Freedom II对光学系统进行了全新优化，打造全无遮挡光学通路，保留多条通往探针/样品结区的光学路径，可实现光的精准注入与高效收集、探针的高分辨率光学观测（可将探针精准定位至小于 3 μm的特征区域，还能直接向低温样品表面进行分子沉积。更关键的是，所有光学操作均不牺牲磁场性能，彻底打破传统设备在磁场环境下光学通路遮挡、探针操作受限的弊端，让磁、光、电、力多场耦合原位实验成为现实。

超高真空腔体下的精确探针定位，光学分辨率可达3微米

创新双扫描模式，兼顾超高分辨率与三维大扫描范围

针对科研中高分辨率与大范围扫描的双重需求，PanScan Freedom II 创新探针扫描 + 样品扫描双模式，实现了性能与效率的双重提升。可选配样品扫描模块，实现探针扫描与样品扫描双模式，兼顾了原子级分辨率扫描与大范围扫描的双重实验需求。在低温下，探针扫描可实现 1.5 μm×1.5 μm 范围的原子级分辨率扫描；样品扫描则能实现 15 μm×15 μm×15 μm 的三维大范围扫描，且全程将探针稳定保持在激光与反射镜收集系统的精确焦点上，无需反复调焦，既可以对样品进行大范围形貌扫描，又能对目标区域进行高分辨的光 - 物质相互作用研究，大幅提升实验效率。

PanScan新一代扫描头可支持1.5 μm×1.5 μm的探针扫描模式和15 μm×15 μm×15 μm的样品扫描模式

超高效率光收集模块，实现全光谱光 - 物质相互作用研究

PanScan Freedom II的 Lumin 超高效率光收集模块选件，将光收集效率提升至 70% 以上，实现从深紫外到远红外的全光谱光注入与收集，支持拉曼光谱、阴极荧光、扫描隧道显微镜光发射谱、光致发光等多种测量模式，为光 - 物质相互作用研究打造了高度通用的实验平台，大幅拓展了光学相关纳米研究的边界。

左）PanScan Freedom II高度优化的结构设计，探针穿过反射镜上的孔的方式；右）PanScan Freedom II通过原位三轴纳米操纵手，将抛物面反射镜插入到探针与样品之间

传承经典优势，兼顾性能与实用性

PanScan Freedom II 在技术突破的同时，深度传承初代产品的核心优势，让高端科研设备更贴合实际科研场景需求：

• 延续了紧凑坚固的结构设计，具备超卓的抗噪声与地面振动能力，无需专用的减震实验室，即便在楼宇高层也能实现原子级分辨率测量；

• 兼容 RHK 行业领先的 R10 控制器，实现实验过程的灵活与精准控制；

• 新增磁体等模块后，整机尺寸仍小于传统液氦系统，大幅节省实验室空间；

• 支持与超高真空制备腔和分析腔集成，满足科研团队的个性化升级与定制化实验需求。

定制化解决方案，精准适配前沿科研个性化需求

针对现有商用产品无法满足的前沿研究需求，RHK 是业内优选的定制化解决方案提供商，将客户科研构想转化为实际技术方案，新一代PanScan Freedom II的多项功能升级均源于科研人员的实际需求，例如Lumin 超高效率光收集模块选件、探针/样品双扫描模式等，除此以外，RHK公司为PanScan扫描头打造了丰富的订制化方案，精准适配不同研究方向的个性化需求：

1. 可在Load Lock和氦3低温恒温器中转移的扫描头订制方案

麻省理工学院的Jagadeesh Moodera老师团队要求扫描头可在load lock与氦 3 低温恒温器之间转移，以便在投入大量时间与液氦将样品降温至 300 mK 开展精细测量之前，预先完成样品与探针的表征。RHK的工程师为此专门设计了支持在两个测量位置均能直接对接基座接口的PanScan扫描头方案。相关工作以Signature of a pair of Majorana zero modes in superconducting gold surface states为题发表在《PNAS》期刊上^[1]。

2. 样品旋转功能的PanScan Flow订制方案

芝加哥大学的Steve Sibener老师团队要求基于超音速分子束入射角影响下研究样品与分子束的相互作用过程。RHK的工程师为此专门设计了一款可相对入射的超音速分子束进行旋转样品的PanScan Flow扫描头。相关工作以Submonolayer and Monolayer Sn Adsorption and Diffusion Behavior on Oxidized Nb(100)为题发表在《The Journal of Physical Chemistry C》期刊上^[2]。

3. 原位可更换光纤替代传统 STM 针尖订制方案

哥伦比亚大学的Abhay Pasupathy老师团队要求以原位可更换光纤替代传统 STM 针尖，该光纤既能输出小光斑、高通量密度的照明光照射样品表面，又能通过同一光纤收集反射光，实现在单原子层 WSe₂中观测连续波激光诱导的光学能带工程。为此RHK工程师对PanScan Flow扫描头进行了结构订制，以适配定制化探针夹持装置。相关研究成果以Optical Band Engineering of Monolayer WSe₂ in a Scanning Tunneling Microscope为题发表在《Arxiv》上^[3]。

4. 样品背向光信号采集订制方案

巴黎综合理工学院的研究人员需要将扫描头集成于低温恒温器内部，同时需要实现样品背向光信号采集。为此，RHK的工程师额外加装压电马达，可对样品背面的光学组件进行精密调节与聚焦。

5. PanScan扫描头的经典方案

PanScan Head：目前已有超 100 台在全球各个实验室投入使用。其紧凑坚固的结构设计具备卓越的抗外界振动与环境干扰能力，众多系统即便安装于建筑物高层也能稳定运行，帮助用户省去搭建大型、高成本隔振实验室的需求。PanScan扫描头采用行业标准的Flag旗型样品托，可与其他表面科学仪器实现无缝集成；样品托最多支持 5 路电极，探针托支持 3 路电极。可选功能包括：STM, qPlus AFM, shear-force AFM。

PanScan Flow：PanScan Flow配备了超低噪声的流式低温恒温器，用户可按需接入液氮或液氦制冷。液氮制冷时，样品和探针最低温度可达82K；液氦制冷时，样品和探针最低温度可达12K。PanScan Flow配置了涡流阻尼弹簧减振系统、4 个原位低温沉积口以及即时热处理和取用样品/针尖的存储架。

PanScan UHV RT：PanScan UHV RT（室温） 是一款通用性扫描头，适配多数配备 6 英寸顶部接口的真空腔室。在预算有限的场景下，常被用于大气压环境实验，未来可根据研究需求演进，轻松升级至 PanScan Flow或 PanScan Freedom 系统。

PanScan Freedom 系列在前沿科学研究中的高水平成果

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

美国东北大学Alberto de la Torre老师和布朗大学Kemp W. Plumb老师^[4]通过热淬火（Thermal Quench）技术，成功将1T-TaS₂中原本仅在超快激光或极低温下存在的隐藏金属态（H-CDW）稳定在了热平衡状态（高达210 K）。这一发现将隐藏态确立为热稳定相，为量子材料中的可开关金属行为提供了新的调控机制。

图中左侧是利用PanScan Freedom表征的 STM 图像，清晰展示了混合电荷密度波（mixed‑CDW）相的形貌图；右侧则是六个不同畴区各自对应的 dI/dV 曲线，数据表明，与缓慢冷却的 C‑CDW 相（灰色曲线）相比，1T‑TaS₂ 的电子结构具有更窄的能隙。

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

中国科学技术大学秦胜勇老师与武汉大学袁声军老师及其他国内外同行合作^[5]首次在双层转角石墨烯体系中发现了本征赝磁场存在的重要证据，结合大尺度理论计算指出该赝磁场来源于层间相互作用导致的非均匀晶格重构。

图中左侧是利用PanScan Freedom在 0.48° 小角度扭转双层石墨烯上表征的STM 形貌图，清晰展示了 AA、AB、BA 等堆叠区域；右侧是对应的扫描隧道谱（STS），直接观测到了赝朗道能级的特征。

3. 《Nature Communications》：Electronic Janus lattice and kagome-like bands in coloring-triangular MoTe₂ monolayers

中国人民大学程志海老师团队^[6]在实验上首次在单层三角相 MoTe₂中发现了一种独特的 “着色三角”（coloring-triangular）原子排布，形成了类似Janus 晶格的结构，这种特殊的原子排列诱导出了类 Kagome 电子能带，表现出平带等特性，为探索关联电子态、拓扑物态等新奇量子现象提供了理想的材料平台。

图中是利用PanScan Freedom在低温下获得的原子级分辨率 STM 图像，清晰展示了具有镜像孪晶对称性的畴界。

4. Nature Communications》：Superconductivity emerging from a stripe charge order in IrTe₂ nanoflakes

韩国浦项科技大学Jonghwan Kim, Tae-Hwan Kim, Jun Sung Kim老师团队^[7]在二碲化铱（IrTe₂）纳米片中，通过实验首次观测到条纹状电荷序（stripe charge order）与超导态的竞争与演化关系。高温下IrTe₂表现出条纹状电荷密度波（CDW）有序态，而当温度降低到临界值以下时，这种电荷序被抑制，材料进入超导态。这一现象揭示了：电荷序与超导性是相互竞争的量子物态，通过调控电荷序可以诱导出超导，为理解高温超导等关联电子体系提供了新的实验范例。

左图为厚度为 20 nm 的 IrTe₂ 纳米片在 T = 85 K 时利用PanScan Freedom大范围扫描的STM图像（标尺：300 nm）。该样品中仅存在条纹相电荷序畴区，由红、绿、蓝三色线条标示；黑色线条表示三个等价条纹电荷序畴区之间的畴界。右图是左图中均匀条纹区域的原子级分辨 STM 图像（T = 85 K），呈现出5×1 表面重构（标尺：2 nm）。

从 1981 年深耕表面科学仪器，到 2014 年推出首款无液氦 SPM，再到 2026 年 PanScan Freedom II 的全新亮相，RHK Technology始终以推动纳米科学发展为使命，用持续的创新消除科研探索中的现实障碍。PanScan Freedom II 作为第三代无液氦扫描探针显微镜，既是对 PanScan Freedom 经典设计的传承，更是对无液氦 SPM 性能极限的全面突破。

六大核心升级集于一身的PanScan Freedom II，将成为全球纳米科学研究人员的全新科研利器，在微观尺度上助力科研工作者解锁物质本质的更多奥秘，推动量子材料、关联电子体系、光 - 物质相互作用等前沿领域的研究不断迈向新高度。

参考文献：

[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 WSe₂ 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‑TaS₂ 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)