图 1 双探针机械结构
图 2 主动降噪测量结果对比
图 3 双探针低温强磁场STM结构和8T强磁场下的原子结构
以扫描隧道显微镜为代表的扫描探针显微镜技术的问世与发展，使探索微观世界的技术手段发生了革命性的变化。
所谓的扫描隧道显微镜，其英文缩写是STM，是20世纪80年代初期出现的一种新型表面分析工具，其基本原理是基于量子力学的隧道效应和三维扫描。而扫描探针显微镜（简称SPM）是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各种新型探针显微镜（原子力显微镜AFM、激光力显微镜LFM、磁力显微镜MFM等等）的统称，是国际上近年发展起来的表面分析仪器，是综合运用光电子技术、激光技术、微弱信号检测技术、精密机械设计和加工、自动控制技术、数字信号处理技术、应用光学技术、计算机高速采集和控制及高分辨图形处理技术等现代科技成果的光、机、电一体化的高科技产品。这类仪器不仅具有实空间的原子分辨能力，同时还可用来操纵单个原子、化学键、电子波和磁状态等，特别是扫描隧道谱功能可以在原子尺度上直接获得研究对象的局域能态密度分布的信息。近20年来，利用STM技术，国际上取得了许多突破性的科学进展。随着研究的深入，科研领域呼唤着具有更高分辨能力，且能在极端条件，如低温、强磁场下工作的多探针STM等复杂技术的出现，以深入理解纳米结构材料的量子特性。
近年来，中科院物理所陈东敏研究组针对科研的需要，进一步拓展了STM的技术性能。为了提高STM系统的信噪比，该研究组特别采用了对称式机械结构以及主动降噪技术，专门设计制作了两个结构相同、操作上相互独立的STM探头（见图1），实现了两个STM具有相同的机械传递函数；然后，利用其中一个STM做传感器探测其背景机械噪声，基于主动式机械噪声降低响应算法和自适应数字信号处理技术，成功地滤除（补偿）了另一个STM系统中大部分的随机背景振动噪声(见图2)，从而大大提高了系统的信噪比，详细结果发表在 Rev. Sci. Instrum. 78, 073705（2007）杂志上。
同时，为了开展纳米尺度下自旋与电荷同磁场相互作用的研究，陈东敏和梁学锦研究员在院创新基金的资助下，带领学生们历经近4年的艰苦努力，成功地完成了超高真空低温（变温）强磁场双探头STM与分子束外延联合系统的研发（见图3）。该系统具有以下特点：具有双探头STM，其中每个探头具有独立的扫描成像能力，并且可在原子尺度上准确定位；能够外加最高12T的两维磁场；工作温度最低可以达到2.5K，并具有2.5K到室温的变温功能；超高真空中实现MBE子系统与强磁场和双探头STM子系统的一体化；能够方便地用AFM或4-probe或其他样品测试平台取代双探头STM测试平台；具有几十微米精度的光学导航子系统；这一成果的技术部分发表在 Rev. Sci. Instrum. 78, 065108 (2007）杂志上。目前该系统被用于开展半导体衬底上原位制备的超薄单晶金属薄膜中电荷与自旋输运特性的研究，并已获得初步的结果。
上述两套设备从原理到技术实施方案均有独到之处。这两项工作发表后受到了广泛关注，分别是Review of Scientific Instrument杂志发表后当月下载次数最高的文献。为此RSI主编Dr. Albert T. Macrander先生特向陈东敏教授表示祝贺，并邀请他出任该学术期刊的编辑（Editorial Board member）。
本工作得到了中国科学院知识创新工程和国家自然科学基金委员会的资助。
陈东敏教授简介：1981年山东大学光学系毕业，通过我国首届CUSPEA选拔考试赴美深造。1983年在美国纽约市立学院获硕士学位。1987年在美国Brookhaven国家实验室获博士学位。1987-1989年在哈佛大学物理系博士后工作。1989年至2004年为哈佛大学Rowland 研究院资深研究员兼行政执行委员会委员；纳米量子物理实验室负责人。2004年应聘为中国科学院物理所教授，兼任北京国家凝聚态实验室（筹）主任。主要研究方向： 实验凝聚态物理、半导体物理、纳米材料与结构的量子行为、自旋电子与分子电子学、固态量子计算器件物理、表面与真空物理扫描探针显微技术、高密度CMOS-MEMS集成的微系统工程学。