在量子科技领域，我国科研团队取得了一项具有里程碑意义的突破——成功研制出闭循环光耦合扫描探针显微镜（SPM）系统，为全球量子研究提供了全新的“中国方案”。这一成果不仅解决了长期困扰科研界的“液氦依赖”难题，更在性能上实现了对传统系统的全面超越，标志着我国在高端科学仪器自主研发领域迈出了关键一步。
量子现象的探索往往需要极端条件，而接近绝对零度的极低温环境是观测许多颠覆性量子现象的前提。传统扫描探针显微镜依赖液氦制冷，但液氦作为不可再生的稀缺资源，我国储量仅占全球0.1%，对外依存度长期超过95%。每次实验需消耗数十升液氦，且设备仅能运行数天，随后面临高昂的补液成本和漫长的降温等待。这种“卡脖子”困境严重制约了科研的连续性和深度探索。
为打破这一局面，中科艾科米、中国科学院物理研究所与中国科学技术大学联合团队，历经多年攻关，创新性地提出了“远端液化”闭循环制冷方案。与传统将制冷机与显微镜紧密集成的“近端制冷”不同，新方案将制冷压缩机的“冷头”与显微镜主体物理分离，通过高性能绝热传输线将液态氦精准输送至显微镜冷盘，形成完美的闭循环。这一设计从根源上消除了机械振动对显微镜的干扰，为系统实现亚原子级稳定性奠定了基础。
新系统的核心创新在于其光耦合多模态扫描探头。探头内集成了两个由三维压电纳米马达独立驱动的非球面透镜模组，可对入射激光束和收集信号光路进行埃米级精度的动态对准与聚焦，光子收集效率高达22.8%。这一设计使科学家在获得原子级形貌图像和扫描隧道谱的同时，能在同一位置、相同极低温环境下，同步进行高空间分辨的拉曼光谱、光致发光光谱等近场光学测量，真正实现了形貌、电子、光子信息的“三位一体”融合表征。
系统性测试表明，该系统性能卓越：工作温度可长期稳定在3K以下，最低达2.6K，温度波动控制在±1毫K以内；关键频段振动噪声水平小于1皮米，确保了埃米级分辨率成像的稳定性；扫描隧道显微镜与非接触原子力显微镜均展现出清晰的原子级分辨率，光耦合模块更首次在无液氦条件下实现了埃米尺度的近场光学成像。系统可7×24小时不间断运行数月，彻底终结了科研人员“抢氦气、等降温”的被动局面，开启了“设置好实验，让数据自动流淌”的全新科研模式。
这一突破的战略价值远超仪器本身。它大幅减少了我国前沿基础研究对液氦的依赖，为国家战略科技力量的自主可控筑牢了资源根基。在量子科学领域，它是深入研究高温超导机理、拓扑量子物态等重大问题的核心工具；在半导体产业，它可对第三代半导体、二维半导体等材料的缺陷、掺杂和界面进行原子级分析，为芯片工艺优化提供直接依据；在量子信息领域，它可精准表征与操控人工量子体系，服务于可扩展量子计算与量子网络硬件的研制；在新能源领域，它可直接观测高温超导带材、高效热电材料等的微观机制，推动从“试错”到“理性设计”的范式转变。
该成果的研制得到了国家自然科学基金、国家重大科研仪器研制项目等的大力支持，核心研发、集成测试与示范应用深度依托北京怀柔综合性国家科学中心的先进平台。这一“院地合作、产学研用协同创新”模式，不仅推动了怀柔科学城在高端科研仪器装备领域的创新策源能力，更为我国在新一轮科技革命和产业变革中抢占先机提供了坚实支撑。
