石墨烯中Dirac磁激子的红外纳米成像的核心——attocube低温纳米位移台

发布日期：2024-09-24

研究动态：

磁场对量子材料中电子的运动有着深远的影响。强磁场下的二维电子系统具有量子化的霍尔电导率、手性边缘电流和独特的集合模式，被称为磁等离子体和磁激子。到目前为止，在电中性样品中产生这些集合模式并以其固有的纳米长度尺度对其进行成像仍极具挑战性。

近日，美国纽约州立石溪大学(Stony-Brook University) Michael Dapolito，Xu Du & Mengkun Liu等，在Nature Nanotechnology上发文，报道了在自然长度尺度上，实验观测到了传播的磁激子极化激元，并报道了它们在近电中性石墨烯中的磁场可调色散。并对这些集体模式及其相关的纳米电光响应进行成像。

研究进展：

本文在低温近场光学显微镜技术领域极具创新性。在高达7T磁场以及纳米尺度下，成功观测到了二维材料的近场响应，实现了对磁极化子的探索和调控。图1（a）展示的是实验装置示意图，该装置内置于一个可以提供低温和强磁场的系统中（OPTICOOL, QUANTUM DESIGN），能够同时进行近场散射振幅（S）和光电流（I）的测试。在本成果中，AFM Probe被固定在一组可在xyz方向上实现5 mm精确位移的纳米位移台上，其实现的精确定位及与激光的精确耦合是测试的核心与关键。这种精确位移得益于德国attocube 公司提供的纳米级精度位移的纳米位移台（ANP101，attocube systems AG），其可在低温和强磁场环境中提供纳米级精度位移。随后，在近电荷中性石墨烯中，展示了在场调谐0→1朗道能级Landau levels、 LL跃迁区域的纳米红外图像（下图2）。图3结果展示了不同磁场大小下狄拉克磁激子DiMEs的测量结果。图4则展示了依赖于磁场的狄拉克磁激子DiMEs色散关系的结果。

图1:要200K温度时，六方氮化硼hexagonal boron nitride，hBN封装石墨烯后，磁场相关扫描近场光学显微镜magneto scanning near-field optical microscope，m-SNOM，以及近场光电流狄拉克磁激子Dirac magnetoexcitons，DiME测量

图2:在近电荷中性石墨烯中，在场调谐0→1朗道能级Landau levels，LL跃迁区域的纳米红外图像。

图3:狄拉克磁激子DiMEs的磁场调谐。

图4:依赖于磁场的狄拉克磁激子DiMEs色散。

Attocube 低温纳米位移台

attocube公司生产的位移器设计紧凑，体积小巧，种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和扫描器，并以稳定而优异的性能，原子级定位精度，纳米位移步长和厘米级位移范围受到科学家的肯定和赞誉。产品广泛应用于普通大气环境和极端环境中，包括超高真空环境(5E-11mbar)、极低温环境（10 mK）和强磁场中（31 T）。

 图5 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：

[1]. Dapolito, M., Tsuneto, M., Zheng, W. et al. Infrared nano-imaging of Dirac magnetoexcitons in graphene. Nat. Nanotechnol. (2023).

https://doi.org/10.1038/s41565-023-01488-y

https://www.nature.com/articles/s41565-023-01488-y