Nature、Science! mK極低溫納米精度位移臺在二維材料、石墨烯等...

2020-12-06 儀器信息網

nature：二維磁性材料的磁結構與相關特性研究



關鍵詞：二維鐵磁材料；極低溫納米精度位移臺；反鐵磁態；二次諧波

 

近年來，二維磁性材料在國際上成為備受關注的研究熱點。近日，中國與美國的研究團隊合作，在二維磁性材料雙層三碘化鉻中觀測到源於層間反鐵磁結構的非互易二次諧波非線性光學響應，並揭示了三碘化鉻中層間反鐵磁耦合與範德瓦爾斯堆疊結構的關聯。

同時，研究團隊發現雙層反鐵磁三碘化鉻的二次諧波信號相比於過去已知的磁致二次諧波信號（例如氧化鉻Cr2O3），在響應係數上有三個以上數量級的提升，比常規鐵磁界面產生的二次諧波更是高出十個數量級。利用這一強烈的二次諧波信號，團隊成功揭示雙層三碘化鉻的原胞層堆疊結構的對稱性。


圖一 雙層三碘化鉻的二次諧波光學顯微圖

                                                                                   

運用光學二次諧波這一方法來探測二維磁性材料的磁結構與相關特性是此實驗的關鍵。團隊利用自主研發搭建的無液氦可變溫強磁場顯微光學掃描成像系統，完成了關鍵數據的探測。


值得指出的是，該無液氦可變溫強磁場顯微光學掃描成像系統採用德國attocube公司的極低溫強磁場納米精度位移臺和極低溫掃描臺來實現樣品的位移和掃描。德國attocube公司是世界上著名的極端環境納米精度位移器製造商。公司已為全世界科學家生產了4000多套位移系統，用戶遍及全球著名的研究所和大學。它生產的位移器設計緊湊，體積極小，種類包括線性XYZ線性位移器、大角度傾角位移器、360度旋轉位移器和納米精度掃描器。

圖二 attocube低溫強磁場位移器、掃描器

attocube低溫位移臺技術特點如下：


參考文獻:

Sun, Z., Yi, Y., Song, T. et al. Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3. Nature 572, 497–501 (2019). 

 

nature：石墨烯摩爾超晶格可調超導特性研究



關鍵詞：石墨烯 超晶格 高溫超導


高溫超導性機制是凝聚態物理領域世紀性的課題。這種超導性被認為會在以Hubbard模型描述的摻雜莫特絕緣體中出現。近期，美國和中國的國際科研團隊合作在nature上報導了在ABC-三層石墨烯（TLG）以及六方氮化硼（hBN）摩爾超晶格中發現可調超導性特徵。研究人員通過施加垂直位移場，發現ABC-TLG/hBN超晶格在20K的溫度下表現出莫特絕緣態。進一步通過冷卻操作發現，在溫度低於1K時，該異質結的超導獨特特性開始出現。通過進一步調控垂直位移場，研究人員還成功實現了超導體-莫特絕緣體-金屬相的轉變。 

圖1.德國attocube公司極低溫mK級納米旋轉臺


電學輸運工作的測量是在進行仔細的信號篩選後，本底溫度為40mK的稀釋制冷機內進行的。值得指出的是，樣品的面內測量需要保證樣品方向與磁場方向平行，這必須要求能夠在極低溫（40mK）環境下實現良好且精確工作的旋轉臺來移動樣品，確保樣品與磁場方向平行。實驗中使用了德國attocube公司的mK納米精度旋轉臺（如圖1所示）。Attocube公司可提供水平和豎直方向的旋轉臺，使樣品與單軸線管的超導磁場方向的夾角調整為任意角度。通過電學輸運結果，證實了樣品中存在超導體-莫特絕緣體-金屬相的轉變（結果如圖2所示），為三層石墨烯/氮化硼的超晶格超導理論模型（Habbard model）以及與之相關的反常超導性質和新奇電子態的研究提供了模型系統。 


圖2.  ABC-TLG/hBN的超導性圖左低溫雙軸旋轉臺；圖右下：石墨烯/氮化硼異質節的超導性測量測試結果，樣品通過attocube的mK適用旋轉臺旋轉後方向與磁場方向平行

參考文獻：

Guorui CHEN et al, Signatures of tunable superconductivity in a trilayer graphene moiré superlattice, Nature, 572, 215-219 (2019)

 

nature：分數量子霍爾效應區的非線性光學研究



關鍵詞：量子霍爾效應 四波混頻 極化激元


設計光學光子之間的強相互作用是量子科學的一項重要挑戰。來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院（Institute of Quantum Electronics, ETH Zürich, Zürich,）的研究團隊在光學腔中嵌入一個二維電子系統的時間分辨四波混頻實驗，證明當電子初始處於分數量子霍爾態時，極化激元間的相互作用會顯著增強。此外，激子-電子相互作用導致極化子-極化激元的生成，還對增強系統非線性光學響應發揮重要作用。該研究有助於促進強相互作用光子系統的實現。


值得指出的是，該實驗在溫度低於100mK的環境下進行，使用德國attocube公司的極低溫mK環境納米精度位移臺來實現物鏡的精確移動和聚焦。

參考文獻:

Knüppel, P., Ravets, S., Kroner, M. et al. Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime. Nature 572, 91–94 (2019). 


Science：NV center在加壓凝聚態系統中的量子傳感研究



關鍵詞：NV色心 量子傳感器


壓力引起的影響包括平面內部性質變化與量子力學相轉變。由於高壓儀器內產生巨大的壓力梯度，例如金剛石腔，常用的光譜測量技術受到限制。為了解決這一難題，巴黎第十一大學，香港中文大學和加州伯克利大學的研究團隊研發了一款新型納米尺度傳感器。研究者把量子自旋缺陷集成到金剛石壓腔中來探測極端壓力和溫度下的微小信號，這樣空間解析度不會受到衍射極限限制。


為此加州伯克利大學團隊採用了德國attocube公司的與光學平臺高度集成的閉循環低溫恆溫器- attoDRY800來進行試驗，其中包含了attocube公司的極低溫納米精度位移臺，以此來實現快速並且精確控制金剛石壓強的移動以及測量實驗。


參考文獻：

[1] S. Hsieh et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1349-1354 (2019) 
[2] M. Lesik, et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1359-1362 (2019)
[3] K. Yau Yip et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1355-1359 (2019)


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  • 全球科技界競爭熱點,除了石墨烯,還有這種二維材料
    石墨烯二維材料中，大家較為熟知的當屬石墨烯了。2004年，英國曼切斯特大學Geim小組成功分離出了單原子層的石墨材料，也就是石墨烯。自此，二維材料的概念橫空出世，並隨之火遍了整個科學界。也就這樣，以原子組成的二維材料成功地登上了歷史的舞臺。可能你們也知道，二維半導體材料具有優越獨特的物理光電性能，如高透光率、高穩定性、直接帶隙結構等。因此，在過去的科學界，二維材料引起了廣泛的關注，在許多領域具有潛在的技術應用前景。