⼯欲善其事，必先利其器。⾼端科研仪器的⾃主研发，是加强基础研究、实现⾼⽔平科技⾃⽴⾃强、⾛向科技强国的必由之路。低温在凝聚态物理研究中扮演越来越重要的⻆⾊，是对多体系统中强相互作⽤的复杂⾏为开展深⼊研究的必要条件。随着液氦资源的⽇趋紧张和⽆液氦制冷技术的不断发展，基于⽆液氦制冷的设备将逐步成为低温科研仪器的主流方向。迄今为⽌，磁共振成像、超导磁体、综合物性测量系统等诸多仪器设备已经实现了⽆液氦化。
然⽽，具有亚原⼦分辨能⼒的扫描探针显微系统（SPM）对震动⽔平的要求极为苛刻，因此实现⽆液氦闭循环制冷技术在低温SPM领域的应⽤⾯临极⼤挑战。近⼗年来世界上多个团队和公司尝试将制冷机安装在扫描单元附近实现⽆液氦低温SPM，然⽽单级制冷的基础温度仅能达约5 K⽔平，并且制冷机震动对成像的影响仍然⼗分显著。
国产仪器⾃主研发是推动科技创新和国家发展的关键。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中⼼郇庆研究团队（N13组）坚持独⽴⾃主的理念，致⼒于⾼端科研仪器的研发与应⽤，在真空、低温、材料制备等领域核⼼关键部件、成套系统、电路控制系统⽅⾯取得了系列成果。⾼鸿钧院⼠研究团队（N04组）多年来⼀直致⼒于扫描探针显微学及其在低维量⼦结构⽅⾯的应⽤，在前沿科学研究取得⼀系列重⼤突破。
N13组和N04组⻓期合作，陆续在尖端科研仪器装备⾃主研发⽅向取得⼀系列有影响⼒的重要进展，包括：⼀套商业化四探针SPM系统的彻底改造【Review of Scientific Instruments, 88, 063704, (2017)】，超⾼真空光学-低温扫描探针显微镜联合系统的研制【Review of Scientific Instruments 89, 113705 (2018)】和应⽤于多探针显微镜的分时复⽤电路系统【Review of Scientific Instruments, 92, 103702 (2021)】等。
合作团队再次“仪器”携⼿，攻关新⼀代⽆液氦低温SPM技术。N13组⻢瑞松（关键技术⼈才）和N04组单欢（博⼠后）联合中科艾科⽶（北京）科技有限公司、北京⻜斯科科技有限公司、中国科学院半导体研究所的研发⼈员通过⼏年的探索与尝试，成功研制了⼀套⽆液氦亚3K低温SPM系统。该系统颠覆了现有⽆液氦SPM近端安装制冷机的⽅式，将低频⼤幅震动的制冷机安装在远端的独⽴制冷腔体。
通过数⽉的连续测试验证，该设备实现了~2.8K的基础温度、接近±0.1mK的温度稳定性、约1pm震动⽔平、⼩于10pm/h的温度漂移，能够从低温到室温宽温区内连续变温成像。在⾮接触原⼦⼒显微镜原⼦级分辨成像、扫描隧道谱以及⾮弹性电⼦隧道谱的性能⽅⾯，达到了与传统液氦杜瓦的湿式SPM系统相媲美的⽔平。
相较已有⽆液氦SPM⽅案存在制冷机近端安装带来的诸多问题（不耐烘烤，磁场敏感，安装⻆度受限，橡胶波纹管透⽓结冰，难以升级等），这种闭循环远端制冷⽅案展现了多⽅⾯优势：1、⾼性能：少量氦⽓（~10 L）实现3K以下基础温度，并可⻓时间连续运⾏，震动⽔平与湿式系统相当；2、拓展性：利⽤此远端液化4He⽅案预冷3He⽅便实现亚开尔⽂范围拓展；3、兼容性：与强磁场、光学通路等其他物理环境的良好兼容性，显著降低来⾃制冷机的电磁⼲扰；4、灵活性：便捷地将现有湿式SPM系统改造为⽆液氦SPM，并可应⽤在其他需求低温且对振动敏感的领域。
这⼀闭循环⽆液氦低温SPM已经实现了TRL8级的技术就绪度，系统的详细介绍发表在近期的《科学仪器评论》杂志上【Rev. Sci. Instrum. 94, 093701 (2023); doi: 10.1063/5.0165089】。该⼯作的成功，将为凝聚态物理研究、材料科学、⽣物医学等领域提供⼀种⾼性能的低温超低振动解决⽅案，有望推动相关领域的研究取得更⼤突破。