電鏡高壓電源超導(dǎo)量子干涉儀供電

一、應(yīng)用背景與技術(shù)需求
電子顯微鏡（如透射電鏡 TEM、掃描電鏡 SEM）是材料微觀結(jié)構(gòu)表征的核心設(shè)備，其分辨率與加速電壓穩(wěn)定性直接相關(guān)；而超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）作為超高靈敏度磁探測器件，常與電鏡結(jié)合用于量子材料 “微觀結(jié)構(gòu) - 磁學(xué)特性” 的關(guān)聯(lián)研究。二者協(xié)同工作時，供電系統(tǒng)需同時滿足電鏡的高壓穩(wěn)定性與 SQUID 的超低噪聲需求 —— 電鏡加速電壓若存在波動，會導(dǎo)致電子束能量偏移，降低成像分辨率；SQUID 若受供電噪聲干擾，會直接影響磁矩探測精度（可達 10^-15 T 量級的靈敏度極易受電磁噪聲破壞）。
二、供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計
1.電鏡高壓電源核心指標控制
針對電鏡 10-300kV 可調(diào)加速電壓需求，電源需實現(xiàn) 0.01%/h 的電壓穩(wěn)定度，紋波電壓控制在 5μV 以下。采用 “高頻逆變 + 多級倍壓” 拓撲結(jié)構(gòu)，通過碳化硅（SiC）功率器件提升開關(guān)頻率至 100kHz，減少輸出電壓紋波；同時引入基于高精度電壓傳感器（誤差 < 0.001%）的 PID 閉環(huán)反饋，實時調(diào)整功率器件導(dǎo)通時間，抵消電網(wǎng)波動與負載變化帶來的電壓偏移。
1.SQUID 超低噪聲供電方案
SQUID 工作于液氦低溫環(huán)境（4.2K），需 nA 級穩(wěn)定直流偏置電流。供電系統(tǒng)采用 “線性穩(wěn)壓 + 多級濾波” 設(shè)計：前級通過 LC 濾波抑制 50Hz 工頻干擾，中間級采用低噪聲運算放大器構(gòu)成線性穩(wěn)壓器，輸出電壓紋波降至 2μV；末級增加磁芯濾波電感與銅箔屏蔽層，阻斷高頻電磁輻射（如電鏡真空系統(tǒng)電機產(chǎn)生的噪聲）。此外，電源與電鏡、SQUID 采用單點接地設(shè)計，避免地環(huán)流引入額外噪聲。
三、實際應(yīng)用效果
在量子點材料表征實驗中，該供電系統(tǒng)使電鏡成像分辨率從 0.2nm 提升至 0.15nm，滿足原子級微觀結(jié)構(gòu)觀測需求；SQUID 對量子點磁矩的探測靈敏度提升 20%，成功捕捉到單個量子點的磁矩翻轉(zhuǎn)過程。該方案為 “電鏡 - SQUID” 聯(lián)用系統(tǒng)提供了穩(wěn)定可靠的供電保障，推動了量子材料多維度特性研究的進展。