极端条件物性表征系统

      1  科学目标与功能

      物性表征系统的科学目标是在低温、高压、强磁场、超快等多种极端条件下研究样品的磁特性，输运性质，结构，谱学性质，力学性质和原子成像六大属性，并建立高压原位多物理量协同测量子系统，高真空下原位薄膜样品制备系统。根据激发源和物理相互作用机理不同，同一物理性质可以应用不同的实验手段进行测量。不同实验技术针对同一物理量的结果间既有可以相互印证的部分，也有不同之处。这些差异有助于从更全面的角度深入研究不同物理激发和相互作用下同一个物理性质的物理机理。
      物性表征系统的主要功能按测量种类分类为：磁特性的测量可以通过调控温度，磁场，量子振荡，谱学和高压获得不同物理变量对物质磁性的影响；输运测量是物性表征研究最基本的测量种类，可以通过对温度，磁场，量子振荡和高压调控获得相应的输运响应结果；结构分析除了传统的X光衍射和中子散射，可以采用远红外、太赫兹及拉曼光谱测量从不同辐射源和时域角度进行研究；谱学性质的调控可以包括温度，磁场，压力及超快时域响应；在本物性表征系统中，所研究的力学性质主要和压力调控相关；原子成像可以用扫描隧道和角分辨光电子谱实验手段获得。

      2  系统构成和设计方案

      根据实验装置的技术特点，各项表征物理性质，凝聚态物理研究的前沿领域，并结合物理所在相关领域长期积累的科研和技术经验，以及人才队伍的构成现状，科学归纳并细分出7个实验子系统，分别是：
      超高压极低温物性测量子系统
      极低温强磁场量子振荡测量子系统
      综合极端条件光谱测量子系统
      强磁场核磁共振测量子系统
      极低温强磁场扫描隧道测量子系统
      极低温原位扫描隧道角分辨光电子谱测量子系统
      高压原位多物理量系统测量子系统
      随着设备的技术水平和实验技术的提高以及测量技术的特点，以上每个测量子系统可以测量两个或多个物理学性质，而每个测量子系统又有重点突出和特色鲜明的研究强项。各测量子系统和其对应研究的物理性质间的关系在图1中以细实线标明。

      按照测量子系统分类，物性表征主要功能为：超高压极低温物性测量子系统着重探索超高压，极低温和强磁场下输运和磁学性质及奇特物理现象；极低温强磁场量子振荡测量子系统构建了量子振荡产生的极低温强磁场物理环境，采用TDO，磁扭矩和输运手段研究低能激发的物理本源；综合极端条件光谱测量子系统在极低温强磁场和超高压条件下，通过远红外，太赫兹和拉曼光谱测量研究材料晶格振动，电子低能激发及动态和平衡态电荷动力学光谱特性，并实现量子物态的调控；强磁场核磁共振测量子系统在强磁场条件下，通过核磁共振实验手段研究物质的电子态密度和磁特性，主要对象为关联电子体系，超导体，磁性材料和半导体等；极低温强磁场扫描隧道测量子系统在强磁场和极低温环境下，从原子尺度对材料电子结构直接测量，是研究非常规超导体，新型量子材料和界面功能材料的有力工具；极低温原位扫描隧道角分辨光电子谱测量子系统结合了MBE薄膜制备技术，在原子尺度生长高质量薄膜材料，并用角分辨光电子谱测量手段对表面电子态在实空间和动量空间的分布进行原位高精度测量；高压原位多物理量系统测量子系统在300GPa的超高压，极低温，强磁场，超高温的综合极端条件下，实现原位拉曼光谱、布里渊光谱以及电学等原位协同测量。
      方案设计包括了各测量子系统完整的设计思路和主要创新点，在科学严谨的前提下，突出了各团队的特色和创新性，为学科交叉和开拓新研究方向提供了良好的基础。

      3  系统主要参数