——OptiCool为您重新诠释低温、磁场、光学

超精准全开放低温强磁场光学系统-OptiCool是由Quantum Design公司研发的新型强磁场光学研究平台，该产品是Quantum Design在低温强磁场设备领域丰富制造经验的结晶。产品面世短短几年，已助力全球用户在低温强磁场光学测量方面取得了丰硕的成果。随着用户的不断增多，OptiCool的应用方向也在被不断地发掘。目前已经在拉曼&荧光光谱、超快泵浦测量、磁光克尔&RMCD测量、二次谐波测量、THz测量、低温近场光学测量等多个方向取得了重要成果。本文将带您简单回顾近两年来的重要成果。

一、 低温强磁场下的THz光电测量

日前，新加坡国立大学的Denis A. Bandurin研究团队研究了由双层石墨烯（BLG）与六方氮化硼（hBN）形成的莫尔超晶格的电子特性。研究揭示了在特定的能带填充情况下，莫尔带中出现了补偿半金属的现象，这些莫尔带由发生Lifshitz跃迁的van Hove奇点隔开。该工作发现了低磁场下显著的磁阻效应，达到了2350%。通过THz驱动的能斯效应，作者还观察到与拓扑磁矩相关的强谷分裂，发现了具有高达340有效g因子的轨道磁化特征。本工作以High-Mobility Compensated Semimetals, Orbital Magnetization, and Umklapp Scattering in Bilayer Graphene Moiré Superlattices为题发表于ACS Nano杂志（ACS Nano 2024, 18, 11769−11777）。

本篇文章中作者利用OptiCool提供的低温磁场环境，对样品进行了磁电输运和THz相关的激发测量。

BLG/hBN莫尔超晶格样品与THz激发下的磁电输运测量

作者公布的THz激发下磁电输运测量的装置示意图

此项工作亦探讨了在高温下电子-电子Umklapp散射对系统电阻率的影响。借助磁电输运测量和太赫兹激发等研究手段，为理解这些材料的行为提供了宝贵的见解。该项工作为石墨烯基材料在先进电子设备中的应用做出了重要贡献。

二、  低温强磁场扫描近场光学成像

美国纽约州立石溪大学(Stony-Brook University) Mengkun Liu研究团队，利用基于超精准全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCool自主搭建的低温磁场扫描近场光学显微镜，在纳米尺度上观测到了传播的磁激子极化激元，并报道了在近电荷中性石墨烯中的磁场可调色散。对这些集体模式及其相关的纳米电光响应进行成像，使研究者能够识别样品边缘的极化激元调制光学和光热效应。这项研究为了解石墨烯在不同磁场下的行为提供了重要见解和证据。研究团队表示，该项发现有望推动石墨烯在光学和光电领域的应用，同时也为研究人员提供了更深入了解这种材料的机会。该项研究以Infrared nano-imaging of Dirac magnetoexcitons in graphene为题发表于顶级学术期刊nature nanotechnology （Nature Nanotechnology volume 18, pages1409–1415 (2023)）。

200K温度时，六方氮化硼hBN封装石墨烯样品的磁场相关扫描近场光学显微镜m-SNOM和近场光电流、狄拉克磁激子DiME测量

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

作者公布的强磁场低温近场光学显微镜装置示意图

本篇工作中作者利用超精准全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCool在高达7T的磁场和低温条件下实现了近场光学显微技术，并对二维材料的近场响应进行纳米成像。此方法使研究者得以利用高磁场来探索和操纵低载流子掺杂样品中的磁极化子。

三、 低温磁光研究

哈佛大学的徐苏杨(Suyang Xu)团队和加州大学洛杉矶分校的Ni Ni团队通过磁圆二色性和光感应等实验技术对二维偶数层MnBi₂Te₄（一种既没有手性也没有磁化的拓扑轴子绝缘体）材料进行了研究，观察到了惊人的反铁磁序对光学控制依赖性。为了理解这种控制，作者研究了反铁磁圆二色性，它只出现在反射中，但在透射中不存在。通过系统研究，作者证明了光学控制和圆二色性都源于光轴电动力学。

这些研究强调了Berry曲率和轴子电动力学在理解所观察到的光学现象方面的重要性，并展示了磁化和手性顺序的光学控制潜力，为先进的磁存储和无耗散电路铺平了道路。该研究工作以Axion optical induction of antiferromagnetic order为题发表在nature materials上（Nature Materials volume 22, pages583–590 (2023)）。

在该篇文章中作者基于超精准全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCool搭建了磁圆二色性测量系统，同时测量反射和透射光的二色性。该工作展示了OptiCool优秀的开放性，可以满足用户多种复杂的光路设计。

量子材料MnBi₂Te₄光学依赖的螺旋度控制和测量示意图

四、我们可以提供的低温强磁场综合光学测量方案

针对不同领域科研用户的具体需求，为了避免用户将大量精力花费在实验装置搭建上，整体化的实验解决方案显得尤为重要。近期，针对用户在实验方面遇到的实际困难，Quantum Design中国联合多领域科学技术人员基于超精准全开放强磁场低温光学系统以及多种低温恒温器，提出了整体化的低温、强磁场综合光学测量方案。目前Quantum Design中国已经可以向国内用户提供的实验解决方案有，低温强磁场拉曼&荧光、低温强磁场MOKE&RMCD、低温强磁场二次谐波。并且可以在同一台OptiCool或其他低温设备上同时实现多种测量手段，不同测量功能可以自动化切换。

多种测量功能模块的OptiCool低温强磁场综合光学测量系统

Quantum Design中国以全球众多优秀的设备制造商为基础，与多个科研领域的科研技术人员紧密协作，整合多元的优质资源，倾力打造的多功能低温强磁场综合光学测量系统必能将在低温光学领域做出贡献，助力中国科学家再攀高峰。