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強磁場低溫光學平臺助力磁性拓撲絕緣體多層異質結研究取得新突破
——量子化輸運手性界面通道的建立
在兩個具有不同陳數的量子反常霍爾（QAH）絕緣體的邊界處可以產生一維手性界面通道，這樣的QAH異質結可以在零磁場下用作手性邊緣電流分配器，這些通道可以對邊界電流無耗散傳輸，但是要真正實現這個目標仍然面臨諸多挑戰。鑒于此，來自賓夕法尼亞州立大學物理系的常翠祖研究組與來自華盛頓大學的徐曉棟研究組通過采用原位機械掩模，使用分子束外延技術合成了QAH絕緣體一維異質結，并觀察到在零磁場下磁疇壁處出現了量子化輸運性質，證實了在零磁場下沿著磁疇壁出現兩個平行傳播的手性界面通道。對于陳數為1和2的異質結，通過定量化輸運性質的測量表明，在界面處出現了單個手性界面通道。研究結果以“Creation of chiral interface channels for quantized transport in magnetic topological insulator multilayer heterostructures”為題發表在Nature Communication上。該工作為實現更高效、更穩定的電子傳輸和信息處理提供了新思路，為基于QAH絕緣體的電子和自旋電子器件以及拓撲手性網絡的發展奠定了基礎。
不同陳數異質結示意圖，以及RMCD和電學輸運測量結果
該項工作中在2.5開爾文的低溫環境下對樣品進行了高質量的微區RMCD測量，該測量是在超精準全開放強磁場低溫光學研究平臺-OptiCool中實現的。OptiCool是Quantum Design公司為高質量的低溫光學測量研發的超穩定強磁場低溫系統。系統采用全干式設計，無需液氦，全自動軟件控制可實現一鍵變溫、一鍵變場，具有大磁場均勻區、超低振動、大數值孔徑、溫度穩定性高等諸多優點，已成為高精度低溫光學測量的重要設備。目前全球已有數十套OptiCool系統工作在國內外的先進實驗室中，并幫助用戶取得了高質量的科研成果。
低溫光學相關產品介紹
超精準全開放強磁場低溫光學研究平臺-OptiCool
OptiCool是Quantum Design于2018年2月推出的超精準全開放強磁場低溫光學研究平臺。該平臺擁有3.8英寸超大樣品腔、8個光學窗口（7個側面窗口、1個頂部超大窗口）以及高達±7T的磁場。高度集成式的設計讓樣品在擁有低溫磁場的同時擺脫大型低溫系統的各種束縛。為滿足不同條件下的低溫強磁場研究，近期OptiCool又增加了諸多新選件，進一步豐富了OptiCool的功能，可以方便的應用于高壓光譜和各種波長的光譜研究。
超精準全開放強磁場低溫光學研究平臺-OptiCool
OptiCool技術特點：
? 全干式系統：無液氦系統，脈管制冷機。
? 8個光學窗口：7個側面窗口，1個頂部窗口
? 超大磁場：±7T
? 超低震動：<10 nm 峰-峰值
? 超大空間：Φ89 mm×84 mm
? 精準控溫：1.7K~350K全溫區精準控溫
? 新型磁體：同時滿足超大磁場均勻區、大數值孔徑的要求
? 近工作距離選件：可選3 mm工作距離窗口，增透膜可選New
? ZnSe窗口可用于中紅外研究New
? 氣路選件：系統可以集成氣路，便于使用氣膜高壓腔進行高壓光學測量New
? 集成物鏡：集成真空物鏡、低溫物鏡、用戶自定義物鏡New
? 控制柜電隔離：為確保微弱信號樣品的電學測量，避免信號微擾的可能性New
? 樣品移動：可集成低溫位移器New
? 光纖選件：系統可集成光纖通道New
? 底部窗口選件：可實現樣品腔底部窗口，方面進行縱向的透射光學實驗New
超精細多功能無液氦低溫光學系統
Montana Instruments推出的新一代超精細多功能無液氦低溫光學系統——CryoAdvance，是基于新的模塊化設計架構的新一代標準化產品。該系統采用特殊減振技術和溫度穩定技術，在不犧牲任何便捷性的同時，為實驗提供超高溫度穩定性和超低振動環境。CryoAdvance系列產品具有多種型號、配置、選件與配件可選，能夠滿足每個研究人員的需求。
Montana超精細多功能無液氦低溫光學系統
CryoAdvance技術特點：
? 自動控制：智能觸摸屏系統，“一鍵式操作”，實時顯示溫度、穩定性、真空度等多種指標。
? 模塊化設計：多種配置可選，快速滿足各種實驗需求，后續升級簡單。
? 多通道設計：基本配置已包含光學窗口+直流電學+高頻電學通道。
? 穩定性設計：新設計在變溫和振動穩定性上進一步優化。
? 至低溫度：3.2K
? 震動穩定性：<5 nm（峰-峰值）
? 降溫時間： 300K-4.2K~2小時
? 樣品腔空間：Φ53 mm ×100 mm
? 光學窗口：5個光學窗口，可選光纖引入
mk級低溫光學系統-S Type Optical
德國kiutra公司生產的絕熱去磁低溫設備以全干式閉環制冷機為基礎，通過絕熱去磁制冷技術輕松獲得低于1K的極低溫。kiutra絕熱去磁低溫設備可以實現100 mK的單程冷卻和300 mK的不間斷持續制冷。mK級低溫光學系統是為光學實驗設計的緊湊型絕熱去磁制冷系統，該系統在有限的體積下實現了<1K溫度、自動控制、光學引入三方面的組合，適用于需要簡單快速對樣品進行操作的各種低溫實驗和應用。
S-type 光學型超穩定極低溫系統
S Type Optical技術特點：
? 連續模式下的溫度范圍：300mK-300K
? 超低振動：＜100nm（峰峰值）
? 全干式制冷，無需液氦，無需He3氣體
? 磁場選件：樣品區域磁場3T
? 光學孔徑：＞20 mm
【參考文獻】
[1]. Zhao, YF., Zhang. et al. Creation of chiral interface channels for quantized transport in magnetic topological insulator multilayer heterostructures. Nat Commun 14, 770 (2023).
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