Nature、Science! mK温纳米精度位移台在二维材料、石墨烯等领域的前沿应用进展
发布日期：2020-07-15
nature：二维磁性材料的磁结构与相关特性研究
关键词：二维铁磁材料；温纳米精度位移台；反铁磁态；二次谐波
近年来，二维磁性材料在国际上成为备受关注的研究热点。近日，中国与美国的研究团队合作，在二维磁性材料双层三碘化铬中观测到源于层间反铁磁结构的非互易二次谐波非线性光学响应，并揭示了三碘化铬中层间反铁磁耦合与范德瓦尔斯堆叠结构的关联。
同时，研究团队发现双层反铁磁三碘化铬的二次谐波信号相比于过去已知的磁致二次谐波信号（例如氧化铬Cr2O3），在响应系数上有三个以上数量级的提升，比常规铁磁界面产生的二次谐波更是高出十个数量级。利用这一强烈的二次谐波信号，团队成功揭示双层三碘化铬的原胞层堆叠结构的对称性。
图一 双层三碘化铬的二次谐波光学显微图
运用光学二次谐波这一方法来探测二维磁性材料的磁结构与相关特性是此实验的关键。团队利用自主研发搭建的无液氦可变温强磁场显微光学扫描成像系统，完成了关键数据的探测。
值得指出的是，该无液氦可变温强磁场显微光学扫描成像系统采用德国attocube公司的温强磁场纳米精度位移台和温扫描台来实现样品的位移和扫描。德国attocube公司是世界上的极端环境纳米精度位移器制造商。公司已为全世界科学家生产了4000多套位移系统，用户遍及全球的研究所和大学。它生产的位移器设计紧凑，体积，种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和纳米精度扫描器。
图二 attocube低温强磁场位移器、扫描器
attocube低温位移台技术特点如下：
参考文献:
Sun, Z., Yi, Y., Song, T. et al. Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3. Nature 572, 497–501 (2019).
nature：石墨烯摩尔超晶格可调超导特性研究
关键词：石墨烯 超晶格 高温超导
高温超导性机制是凝聚态物理领域世纪性的课题。这种超导性被认为会在以Hubbard模型描述的掺杂莫特绝缘体中出现。近期，美国和中国的国际科研团队合作在nature上报道了在ABC-三层石墨烯（TLG）以及六方氮化硼（hBN）摩尔超晶格中发现可调超导性特征。研究人员通过施加垂直位移场，发现ABC-TLG/hBN超晶格在20K的温度下表现出莫特绝缘态。进一步通过冷却操作发现，在温度低于1K时，该异质结的超导独特特性开始出现。通过进一步调控垂直位移场，研究人员还成功实现了超导体-莫特绝缘体-金属相的转变。
图1.德国attocube公司温mK级纳米旋转台
电学输运工作的测量是在进行仔细的信号筛选后，本底温度为40mK的稀释制冷机内进行的。值得指出的是，样品的面内测量需要保证样品方向与磁场方向平行，这必须要求能够在温（40mK）环境下实现良好且精确工作的旋转台来移动样品，确保样品与磁场方向平行。实验中使用了德国attocube公司的mK纳米精度旋转台（如图1所示）。Attocube公司可提供水平和竖直方向的旋转台，使样品与单轴线管的超导磁场方向的夹角调整为任意角度。通过电学输运结果，证实了样品中存在超导体-莫特绝缘体-金属相的转变（结果如图2所示），为三层石墨烯/氮化硼的超晶格超导理论模型（Habbard model）以及与之相关的反常超导性质和新奇电子态的研究提供了模型系统。
图2. ABC-TLG/hBN的超导性图左低温双轴旋转台；图右下：石墨烯/氮化硼异质节的超导性测量测试结果，样品通过attocube的mK适用旋转台旋转后方向与磁场方向平行
参考文献：
Guorui CHEN et al, Signatures of tunable superconductivity in a trilayer graphene moiré superlattice, Nature, 572, 215-219 (2019)
nature：分数量子霍尔效应区的非线性光学研究
关键词：量子霍尔效应 四波混频 极化激元
设计光学光子之间的强相互作用是量子科学的一项重要挑战。来自瑞士苏黎世联邦理工学院（Institute of Quantum Electronics, ETH Zürich, Zürich,）的研究团队在光学腔中嵌入一个二维电子系统的时间分辨四波混频实验，证明当电子初始处于分数量子霍尔态时，极化激元间的相互作用会显著增强。此外，激子-电子相互作用导化子-极化激元的生成，还对增强系统非线性光学响应发挥重要作用。该研究有助于促进强相互作用光子系统的实现。
值得指出的是，该实验在温度低于100mK的环境下进行，使用德国attocube公司的温mK环境纳米精度位移台来实现物镜的精确移动和聚焦。
参考文献:
Knüppel, P., Ravets, S., Kroner, M. et al. Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime. Nature 572, 91–94 (2019).
Science：NV center在加压凝聚态系统中的量子传感研究
关键词：NV色心 量子传感器
压力引起的影响包括平面内部性质变化与量子力学相转变。由于高压仪器内产生巨大的压力梯度，例如金刚石腔，常用的光谱测量技术受到限制。为了解决这一难题，巴黎第十一大学，香港中文大学和加州伯克利大学的研究团队研发了一款新型纳米尺度传感器。研究者把量子自旋缺陷集成到金刚石压腔中来探测极端压力和温度下的微小信号，这样空间分辨率不会受到衍射极限限制。
为此加州伯克利大学团队采用了德国attocube公司的与光学平台高度集成的闭循环低温恒温器- attoDRY800来进行试验，其中包含了attocube公司的温纳米精度位移台，以此来实现快速并且精确控制金刚石压强的移动以及测量实验。
参考文献：
[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)
