——OptiCool為您重新詮釋低溫、磁場、光學

超精準全開放低溫強磁場光學系統(tǒng)-OptiCool是由Quantum Design公司研發(fā)的新型強磁場光學研究平臺，該產(chǎn)品是Quantum Design在低溫強磁場設(shè)備領(lǐng)域豐富制造經(jīng)驗的結(jié)晶。產(chǎn)品面世短短幾年，已助力全球用戶在低溫強磁場光學測量方面取得了豐碩的成果。隨著用戶的不斷增多，OptiCool的應用方向也在被不斷地發(fā)掘。目前已經(jīng)在拉曼&熒光光譜、超快泵浦測量、磁光克爾&RMCD測量、二次諧波測量、THz測量、低溫近場光學測量等多個方向取得了重要成果。本文將帶您簡單回顧近兩年來的重要成果。

一、 低溫強磁場下的THz光電測量

日前，新加坡國立大學的Denis A. Bandurin研究團隊研究了由雙層石墨烯（BLG）與六方氮化硼（hBN）形成的莫爾超晶格的電子特性。研究揭示了在特定的能帶填充情況下，莫爾帶中出現(xiàn)了補償半金屬的現(xiàn)象，這些莫爾帶由發(fā)生Lifshitz躍遷的van Hove奇點隔開。該工作發(fā)現(xiàn)了低磁場下顯著的磁阻效應，達到了2350%。通過THz驅(qū)動的能斯效應，作者還觀察到與拓撲磁矩相關(guān)的強谷分裂，發(fā)現(xiàn)了具有高達340有效g因子的軌道磁化特征。本工作以High-Mobility Compensated Semimetals, Orbital Magnetization, and Umklapp Scattering in Bilayer Graphene Moire? Superlattices為題發(fā)表于ACS Nano雜志（ACS Nano 2024, 18, 11769?11777）。

本篇文章中作者利用OptiCool提供的低溫磁場環(huán)境，對樣品進行了磁電輸運和THz相關(guān)的激發(fā)測量。

BLG/hBN莫爾超晶格樣品與THz激發(fā)下的磁電輸運測量

作者公布的THz激發(fā)下磁電輸運測量的裝置示意圖

此項工作亦探討了在高溫下電子-電子Umklapp散射對系統(tǒng)電阻率的影響。借助磁電輸運測量和太赫茲激發(fā)等研究手段，為理解這些材料的行為提供了寶貴的見解。該項工作為石墨烯基材料在先進電子設(shè)備中的應用做出了重要貢獻。

二、  低溫強磁場掃描近場光學成像

美國紐約州立石溪大學(Stony-Brook University) Mengkun Liu研究團隊，利用基于超精準全開放強磁場低溫光學研究平臺-OptiCool自主搭建的低溫磁場掃描近場光學顯微鏡，在納米尺度上觀測到了傳播的磁激子極化激元，并報道了在近電荷中性石墨烯中的磁場可調(diào)色散。對這些集體模式及其相關(guān)的納米電光響應進行成像，使研究者能夠識別樣品邊緣的極化激元調(diào)制光學和光熱效應。這項研究為了解石墨烯在不同磁場下的行為提供了重要見解和證據(jù)。研究團隊表示，該項發(fā)現(xiàn)有望推動石墨烯在光學和光電領(lǐng)域的應用，同時也為研究人員提供了更深入了解這種材料的機會。該項研究以Infrared nano-imaging of Dirac magnetoexcitons in graphene為題發(fā)表于頂級學術(shù)期刊nature nanotechnology （Nature Nanotechnology volume 18, pages1409–1415 (2023)）。

200K溫度時，六方氮化硼hBN封裝石墨烯樣品的磁場相關(guān)掃描近場光學顯微鏡m-SNOM和近場光電流、狄拉克磁激子DiME測量

在近電荷中性石墨烯中，在場調(diào)諧0→1朗道能級Landau levels躍遷區(qū)域的納米紅外圖像。

作者公布的強磁場低溫近場光學顯微鏡裝置示意圖

本篇工作中作者利用超精準全開放強磁場低溫光學研究平臺-OptiCool在高達7T的磁場和低溫條件下實現(xiàn)了近場光學顯微技術(shù)，并對二維材料的近場響應進行納米成像。此方法使研究者得以利用高磁場來探索和操縱低載流子摻雜樣品中的磁極化子。

三、 低溫磁光研究

哈佛大學的徐蘇楊(Suyang Xu)團隊和加州大學洛杉磯分校的Ni Ni團隊通過磁圓二色性和光感應等實驗技術(shù)對二維偶數(shù)層MnBi₂Te₄（一種既沒有手性也沒有磁化的拓撲軸子絕緣體）材料進行了研究，觀察到了驚人的反鐵磁序?qū)鈱W控制依賴性。為了理解這種控制，作者研究了反鐵磁圓二色性，它只出現(xiàn)在反射中，但在透射中不存在。通過系統(tǒng)研究，作者證明了光學控制和圓二色性都源于光軸電動力學。

這些研究強調(diào)了Berry曲率和軸子電動力學在理解所觀察到的光學現(xiàn)象方面的重要性，并展示了磁化和手性順序的光學控制潛力，為先進的磁存儲和無耗散電路鋪平了道路。該研究工作以Axion optical induction of antiferromagnetic order為題發(fā)表在nature materials上（Nature Materials volume 22, pages583–590 (2023)）。

在該篇文章中作者基于超精準全開放強磁場低溫光學研究平臺-OptiCool搭建了磁圓二色性測量系統(tǒng)，同時測量反射和透射光的二色性。該工作展示了OptiCool優(yōu)秀的開放性，可以滿足用戶多種復雜的光路設(shè)計。

量子材料MnBi₂Te₄光學依賴的螺旋度控制和測量示意圖

四、我們可以提供的低溫強磁場綜合光學測量方案

針對不同領(lǐng)域科研用戶的具體需求，為了避免用戶將大量精力花費在實驗裝置搭建上，整體化的實驗解決方案顯得尤為重要。近期，針對用戶在實驗方面遇到的實際困難，Quantum Design中國聯(lián)合多領(lǐng)域科學技術(shù)人員基于超精準全開放強磁場低溫光學系統(tǒng)以及多種低溫恒溫器，提出了整體化的低溫、強磁場綜合光學測量方案。目前Quantum Design中國已經(jīng)可以向國內(nèi)用戶提供的實驗解決方案有，低溫強磁場拉曼&熒光、低溫強磁場MOKE&RMCD、低溫強磁場二次諧波。并且可以在同一臺OptiCool或其他低溫設(shè)備上同時實現(xiàn)多種測量手段，不同測量功能可以自動化切換。

多種測量功能模塊的OptiCool低溫強磁場綜合光學測量系統(tǒng)

Quantum Design中國以全球眾多優(yōu)秀的設(shè)備制造商為基礎(chǔ)，與多個科研領(lǐng)域的科研技術(shù)人員緊密協(xié)作，整合多元的優(yōu)質(zhì)資源，傾力打造的多功能低溫強磁場綜合光學測量系統(tǒng)必能將在低溫光學領(lǐng)域做出貢獻，助力中國科學家再攀高峰。