單個(gè)二維層之間的弱范德華（vdW）相互作用為探索二維準(zhǔn)粒子行為提供了一個(gè)特殊的平臺(tái)。特別是通過(guò)堆疊具有精確角度取向的兩個(gè)單層，可以創(chuàng)建莫爾系統(tǒng)。高磁場(chǎng)中激子/庫(kù)伯對(duì)/極化激元等準(zhǔn)粒子的磁相互作用揭示了隱藏的物理機(jī)制，加速了磁電、光電子和量子光子器件的進(jìn)一步應(yīng)用發(fā)展。

這些物理機(jī)制的研究通常需要進(jìn)行低溫量子通信測(cè)試及磁光光譜測(cè)試等。德國(guó)attocube公司研發(fā)的低震動(dòng)無(wú)液氦磁體與恒溫器-attoDRY系統(tǒng)可有效結(jié)合矢量磁體、低溫物鏡（LT-APO）和attoAFM I，且具有無(wú)液氦、超低振動(dòng)、超高溫度穩(wěn)定性等優(yōu)異的性能，已成為低溫低維材料研究的有力工具。

量子通信的平坦地帶

單光子是應(yīng)用于光子量子信息的重要資源。迄今為止探索的許多量子發(fā)射器平臺(tái)中，新興的二維材料系統(tǒng)有可能成為工程量子光源的低成本和可擴(kuò)展平臺(tái)。

近期，Tobias Heindel小組（德國(guó)柏林理工大學(xué)）與Christian Schneider小組（德國(guó)卡爾·馮·奧西茨基大學(xué)）合作發(fā)表了一項(xiàng)研究，該研究對(duì)基于WSe₂單層的單光子源在量子安全通信中的部署進(jìn)行了基準(zhǔn)測(cè)試。在他們的量子密鑰分布實(shí)驗(yàn)中，全自動(dòng)操控的attoDRY800桌面式光學(xué)低溫恒溫系統(tǒng)為原子層薄的量子光源低溫操作提供了一個(gè)可靠的平臺(tái)。研究發(fā)現(xiàn)二維材料適用于量子密鑰分發(fā)，其性能很容易與其他材料平臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)^[1]。

圖1 ：WSe₂單光子源與以前的量子密鑰分布實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。黑色曲線（實(shí)線）顯示基于WSe₂的源通過(guò)時(shí)間濾波進(jìn)行優(yōu)化的情況下的預(yù)期性能。

范德瓦爾材料的多鐵性

多鐵性材料中鐵磁性和鐵電有序的共存使這些材料有望成為下一代存儲(chǔ)器件的候選材料。由多個(gè)中國(guó)課題組合作研究了范德華（vdW）多鐵性CuCrP₂S₆材料，并在其中發(fā)現(xiàn)了具有相同易軸的平面內(nèi)電各向異性和磁各向異性。中國(guó)人民大學(xué)的程志海教授課題組利用attoDRY2100全自動(dòng)低震動(dòng)無(wú)液氦磁體系統(tǒng)內(nèi)部具有壓電響應(yīng)顯微鏡（PFM）的attoAFM I顯微鏡進(jìn)行了PFM測(cè)量，表明平面外電偶極子來(lái)源于反鐵電疇壁。研究發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)電場(chǎng)、磁場(chǎng)和溫度操縱CuCrP₂S₆中的磁振子^[2]，證明范德瓦爾多鐵性材料在低功耗和高密度非易失性存儲(chǔ)器中的應(yīng)用潛力。

圖2： 通過(guò)PFM在T=2K下獲得的CuCrP₂S₆晶體塊的相位-電壓磁滯回線。

莫爾超晶格中的激子極化激元光學(xué)指紋

二維莫爾材料為研究強(qiáng)相關(guān)電子態(tài)提供了一個(gè)高度可調(diào)諧的平臺(tái)。這種涌現(xiàn)的多體現(xiàn)象可以在通過(guò)堆疊兩層過(guò)渡金屬二硫族化合物半導(dǎo)體產(chǎn)生的莫爾條紋系統(tǒng)中進(jìn)行光學(xué)探測(cè)：光學(xué)注入的激子可以與占據(jù)窄莫爾能帶的流動(dòng)載流子相互作用，形成對(duì)強(qiáng)相關(guān)性敏感的激子極化激元。

Brian Gerardot（英國(guó)赫瑞-瓦特大學(xué)）的小組研究了由莫爾超晶格局域化的費(fèi)米海修飾的激子的行為。使用attoDRY1000 - 低震動(dòng)無(wú)液氦磁體系統(tǒng)進(jìn)行變溫磁光光譜測(cè)量，確定了在強(qiáng)相關(guān)電子態(tài)的情況下激子極化子的性質(zhì)，并揭示了MoSe₂/WSe₂平臺(tái)的豐富潛力，用于研究費(fèi)米-哈伯德和玻色-哈伯德物理。

圖3： MoSe₂/WSe₂二維莫爾材料中，5T外置磁場(chǎng)下的偏置電壓調(diào)控光學(xué)信號(hào)的變化。

無(wú)液氦低溫強(qiáng)磁場(chǎng)CFM/AFM/Raman顯微鏡主要技術(shù)特點(diǎn)：

? 閉路可循環(huán)系統(tǒng)，無(wú)需液氦

? 特殊設(shè)計(jì)，超低震動(dòng)（0.12 nm RMS）

? 溫度范圍：1.7K-300K

? 磁場(chǎng)強(qiáng)度：9T, 12T, 9/3T，9/1/1T矢量磁體

? 多功能測(cè)量平臺(tái)：RAMAN/AFM/MFM/PFM/ct-AFM/CFM

? 超高溫度穩(wěn)定性：<10mK

? 頂部進(jìn)樣，溫度與磁場(chǎng)全自動(dòng)控制，觸摸屏控制

? 應(yīng)用范圍：量子光學(xué)、二維材料光譜、拉曼/光致發(fā)光/光電流、磁疇成像

圖4. 無(wú)液氦低溫強(qiáng)磁場(chǎng)CFM/AFM/Raman顯微鏡

參考文獻(xiàn)：

[1] Timm GAO et al., Atomically-thin single-photon sources for quantum communication. npj 2D Materials and Applications (2023) 4.

[2] Xiaolei Wang et al., Electrical and magnetic anisotropies in van der Waals multiferroic CuCrP2S6. Nature Communications ,(2023) 14:840.

[3] Brian D. Gerardot et al., Exciton-polarons in the presence of strongly correlated electronic states in a MoSe2/WSe2 moiré superlattice. npj 2D Materials and Applications (2022) 79.

相關(guān)產(chǎn)品：

1、低震動(dòng)無(wú)液氦磁體與恒溫器-attoDRY

2、低溫強(qiáng)磁場(chǎng)拉曼顯微鏡-cryoRaman