南京大学Nat. Nanotechnol.，实现铁转序的电控翻转，无液氦低温光学系统再立新功！

发布日期：2023-09-22

铁性材料是多种尖端技术的基础，其基本特征是可以通过外场控制铁性序的翻转，常见的铁磁材料、铁电材料的应用涵盖了从逻辑运算、信息存储、传感器等众多领域。近年来，由面内镜像对称性破却引起的新型铁性序，即铁转序（ferro-rotational order）开始受到广泛关注，其取向态对应于正向或反向旋转的晶格畸变。其序参量是在时间和空间反演对称操作下保持不变的轴矢量，因此对电磁场均不敏感。该特性阻碍了铁转序的探测和铁转取向态的可控翻转，使其铁性本质受到质疑，同时限制了其潜在的应用。

南京大学奚啸翔团队与其合作者利用基于自己发展的圆偏振拉曼散射的实验方法，对1T-TaS2中由面内镜像对称性破缺导致的铁转序进行了灵敏探测，该方法可鉴别公度相（CCDW）与准公度相（NCCDW）所展现的铁转序取向态α和β（图1b, c），且可实现铁转畴实空间分布的光学成像（图1d, e）。研究者还成功实现了两种取向态之间的可控电学翻转，揭示了铁转序的铁性特征。该研究突破了铁转序取向态难以被外场翻转的认识，为进一步理解其物理机制奠定了实验基础。研究成果于2023年5月以Electrical switching of ferro-rotational order in nanometre-thick 1T-TaS2 crystals为题 发表在Nature Nanotechnology上。

原文图1.（a）CDW晶格畸变形成的两种铁转取向态；（b, c）利用拉曼光谱鉴别CCDW和NCCDW相的两种铁转取向态；（d, e）铁转畴的拉曼成像图。

原文图4.（a, b）铁转取向态翻转的电学证据；（c）晶格畸变导致电荷重新分布的计算结果，箭头表示局域电偶极子；（d）电场作用于畴壁附近局域电偶极子的示意图。

该研究工作中变温拉曼测量使用了Montana超精细多功能无液氦低温光学系统。该系统以超低振动和超高的温度稳定性被广泛应用于多种高精度的变温光谱和显微成像实验中。近期，Montana Instruments推出的新一代超精细多功能无液氦低温光学系统——CryoAdvance，是基于模块化设计架构的新一代标准化产品。该系统采用特殊减振技术和温度稳定技术，在不牺牲任何便捷性的同时，为实验提供超高温度稳定性和超低振动环境。CryoAdvance系列产品具有多种型号、配置、选件与配件可选，能够满足每个研究人员的个性化需求。除了标准系统之外也可为用户提供整体光学测量系统的解决方案。

CryoAdvance技术特点：

▪ 自动控制：智能触摸屏系统，“一键式操作”，实时显示温度、稳定性、真空度等多种指标。

▪ 模块化设计：多种配置可选，快速满足各种实验需求，后续升级简单。

▪ 多通道设计：基本配置已包含光学窗口+直流电学+高频电学通道。

▪ 稳定性设计：新设计在变温和振动稳定性上进一步优化。

▪ 最低温度：3.2K

▪ 震动稳定性：<5 nm（峰-峰值）

▪ 降温时间： 300K-4.2K~2小时

▪ 样品腔空间：Φ53 mm ×100 mm

▪ 光学窗口：5个光学窗口，可选光纤引入

Montana超精细多功能无液氦低温光学系统

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