nature：二維磁性材料的磁結(jié)構(gòu)與相關(guān)性研究

關(guān)鍵詞：二維鐵磁材料；低溫納米精度位移臺(tái)；反鐵磁態(tài)；二次諧波

    近年來(lái)，二維磁性材料在上成為備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)。近日，中國(guó)與美國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)合作，在二維磁性材料雙層三碘化鉻中觀測(cè)到源于層間反鐵磁結(jié)構(gòu)的非互易二次諧波非線性光學(xué)響應(yīng)，并揭示了三碘化鉻中層間反鐵磁耦合與范德瓦爾斯堆疊結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)。

    同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)雙層反鐵磁三碘化鉻的二次諧波信號(hào)相比于過(guò)去已知的磁致二次諧波信號(hào)（例如氧化鉻Cr₂O₃），在響應(yīng)系數(shù)上有三個(gè)以上數(shù)量的提升，比常規(guī)鐵磁界面產(chǎn)生的二次諧波更是高出十個(gè)數(shù)量。用這強(qiáng)烈的二次諧波信號(hào)，團(tuán)隊(duì)成功揭示雙層三碘化鉻的原胞層堆疊結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。

圖 雙層三碘化鉻的二次諧波光學(xué)顯微圖                          

    運(yùn)用光學(xué)二次諧波這方法來(lái)探測(cè)二維磁性材料的磁結(jié)構(gòu)與相關(guān)性是此實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。團(tuán)隊(duì)用自主研發(fā)搭建的無(wú)液氦可變溫強(qiáng)磁場(chǎng)顯微光學(xué)掃描成像系統(tǒng)，完成了關(guān)鍵數(shù)據(jù)的探測(cè)。

    值得指出的是，該無(wú)液氦可變溫強(qiáng)磁場(chǎng)顯微光學(xué)掃描成像系統(tǒng)采用德國(guó)attocube公司的低溫強(qiáng)磁場(chǎng)納米精度位移臺(tái)和低溫掃描臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)樣品的位移和掃描。德國(guó)attocube公司是上著名的環(huán)境納米精度位移器制造商。公司已為*科學(xué)家生產(chǎn)了4000多套位移系統(tǒng)，用戶遍及著名的研究所和大學(xué)。它生產(chǎn)的位移器設(shè)計(jì)緊湊，體積小，種類包括線性XYZ線性位移器、大角度傾角位移器、360度旋轉(zhuǎn)位移器和納米精度掃描器。

圖二 attocube低溫強(qiáng)磁場(chǎng)位移器、掃描器

attocube低溫位移臺(tái)技術(shù)點(diǎn)如下：

參考文獻(xiàn):

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(diào)超導(dǎo)性研究

關(guān)鍵詞：石墨烯 超晶格 高溫超導(dǎo)

    高溫超導(dǎo)性機(jī)制是凝聚態(tài)物理域世紀(jì)性的課題。這種超導(dǎo)性被認(rèn)為會(huì)在以Hubbard模型描述的摻雜莫緣體中出現(xiàn)。近期，美國(guó)和中國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)合作在nature上報(bào)道了在ABC-三層石墨烯（TLG）以及六方氮化硼（hBN）摩爾超晶格中發(fā)現(xiàn)可調(diào)超導(dǎo)性征。研究人員通過(guò)施加垂直位移場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)ABC-TLG/hBN超晶格在20K的溫度下表現(xiàn)出莫緣態(tài)。進(jìn)步通過(guò)冷卻操作發(fā)現(xiàn)，在溫度低于1K時(shí)，該異質(zhì)結(jié)的超導(dǎo)*性開(kāi)始出現(xiàn)。通過(guò)進(jìn)步調(diào)控垂直位移場(chǎng)，研究人員還成功實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)體-莫緣體-金屬相的轉(zhuǎn)變。

圖1.德國(guó)attocube公司低溫mK納米旋轉(zhuǎn)臺(tái)

    電學(xué)輸運(yùn)工作的測(cè)量是在進(jìn)行仔細(xì)的信號(hào)篩選后，本底溫度為40mK的稀釋制冷機(jī)內(nèi)進(jìn)行的。值得指出的是，樣品的面內(nèi)測(cè)量需要保證樣品方向與磁場(chǎng)方向平行，這必須要求能夠在低溫（40mK）環(huán)境下實(shí)現(xiàn)良好且準(zhǔn)確工作的旋轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)移動(dòng)樣品，確保樣品與磁場(chǎng)方向平行。實(shí)驗(yàn)中使用了德國(guó)attocube公司的mK納米精度旋轉(zhuǎn)臺(tái)（如圖1所示）。Attocube公司可提供水平和豎直方向的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使樣品與單軸線管的超導(dǎo)磁場(chǎng)方向的夾角調(diào)整為任意角度。通過(guò)電學(xué)輸運(yùn)結(jié)果，證實(shí)了樣品中存在超導(dǎo)體-莫緣體-金屬相的轉(zhuǎn)變（結(jié)果如圖2所示），為三層石墨烯/氮化硼的超晶格超導(dǎo)理論模型（Habbard model）以及與之相關(guān)的反常超導(dǎo)性質(zhì)和新奇電子態(tài)的研究提供了模型系統(tǒng)。

圖2.  ABC-TLG/hBN的超導(dǎo)性圖左低溫雙軸旋轉(zhuǎn)臺(tái)；圖右下：石墨烯/氮化硼異質(zhì)節(jié)的超導(dǎo)性測(cè)量測(cè)試結(jié)果，樣品通過(guò)attocube的mK適用旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)后方向與磁場(chǎng)方向平行

參考文獻(xiàn)：

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

nature：分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)區(qū)的非線性光學(xué)研究

關(guān)鍵詞：量子霍爾效應(yīng) 四波混頻 化激元

    設(shè)計(jì)光學(xué)光子之間的強(qiáng)相互作用是量子科學(xué)的項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。來(lái)自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（Institute of Quantum Electronics, ETH Zürich, Zürich,）的研究團(tuán)隊(duì)在光學(xué)腔中嵌入個(gè)二維電子系統(tǒng)的時(shí)間分辨四波混頻實(shí)驗(yàn)，證明當(dāng)電子初始處于分?jǐn)?shù)量子霍爾態(tài)時(shí)，化激元間的相互作用會(huì)顯著增強(qiáng)。此外，激子-電子相互作用導(dǎo)*化子-化激元的生成，還對(duì)增強(qiáng)系統(tǒng)非線性光學(xué)響應(yīng)發(fā)揮重要作用。該研究有助于促進(jìn)強(qiáng)相互作用光子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

    值得指出的是，該實(shí)驗(yàn)在溫度低于100mK的環(huán)境下進(jìn)行，使用德國(guó)attocube公司的低溫mK環(huán)境納米精度位移臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)物鏡的準(zhǔn)確移動(dòng)和聚焦。

參考文獻(xiàn):

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(tài)系統(tǒng)中的量子傳感研究

關(guān)鍵詞：NV色心 量子傳感器

    壓力引起的影響包括平面內(nèi)部性質(zhì)變化與量子力學(xué)相轉(zhuǎn)變。由于高壓儀器內(nèi)產(chǎn)生巨大的壓力梯度，例如金剛石腔，常用的光譜測(cè)量技術(shù)受到限制。為了解決這難題，巴黎第十大學(xué)，香港中文大學(xué)和加州伯克大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了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(lái)探測(cè)壓力和溫度下的微小信號(hào)，這樣空間分辨率不會(huì)受到衍射限限制。

    為此加州伯克大學(xué)團(tuán)隊(duì)采用了德國(guó)attocube公司的與光學(xué)平臺(tái)高度集成的閉循環(huán)低溫恒溫器- attoDRY800來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，其中包含了attocube公司的低溫納米精度位移臺(tái)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)快速并且準(zhǔn)確控制金剛石壓強(qiáng)的移動(dòng)以及測(cè)量實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：
[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)