晶體的機(jī)械形變會(huì)對(duì)其物理性質(zhì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。值得注意的是，即使是化學(xué)鍵幾何形狀很小的修改也可以*改變磁交換相互作用的大小和符號(hào)，從而改變磁基態(tài)。來自華盛頓大學(xué)的徐曉棟教授課題組通過可以連續(xù)原位施加單軸張應(yīng)力的裝置在低溫下使二維A型層狀反鐵磁半導(dǎo)體材料CrSBr產(chǎn)生了高達(dá)幾個(gè)百分點(diǎn)形變。用該裝置，研究者實(shí)現(xiàn)了零磁場下應(yīng)變誘導(dǎo)的可逆反鐵磁-鐵磁相變，及應(yīng)變調(diào)控的自旋翻轉(zhuǎn)過程。該工作為二維材料的磁性和其他電子態(tài)的應(yīng)變調(diào)控創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。該工作于2022年1月20日發(fā)表在nature nanotechnology上。

該研究中涉及到了多種原位低溫光譜的測量。為這些低溫光學(xué)測量提供高穩(wěn)定性低溫及磁場環(huán)境的正是目前光學(xué)低溫設(shè)備中的秀代表：OptiCool-超精準(zhǔn)全開放強(qiáng)磁場低溫光學(xué)研究平臺(tái)和Montana超精細(xì)多功能無液氦低溫光學(xué)恒溫器。

OptiCool-超精準(zhǔn)全開放強(qiáng)磁場低溫光學(xué)研究平臺(tái)		Montana超精細(xì)多功能無液氦低溫光學(xué)恒溫器
全干式系統(tǒng) 全自動(dòng)軟件控制，鍵變溫變場 8個(gè)光學(xué)窗口 超大磁場：±7T 1.7K~350K全溫區(qū)精準(zhǔn)控溫		智能觸摸屏，“鍵式操作" 2小時(shí)快速降溫（300K-4.2K） 5個(gè)光學(xué)窗口 震動(dòng)穩(wěn)定性：<5 nm 助力數(shù)百篇頂刊發(fā)表

? 低溫拉曼原位檢測應(yīng)變大小——基于OptiCool的低溫拉曼測量

研究者用新的應(yīng)變裝置，通過對(duì)壓電陶瓷施加電壓來原位改變二維材料的單軸應(yīng)變。為了估算CrSBr的應(yīng)變大小，研究者比較了在應(yīng)變區(qū)域和遠(yuǎn)離間隙的非應(yīng)變區(qū)域的拉曼光譜。為此，該團(tuán)隊(duì)使用應(yīng)變片異質(zhì)結(jié)構(gòu)校準(zhǔn)了345 cm^?1拉曼峰位(標(biāo)記為P3)與壓電陶瓷所加電壓以及應(yīng)變率之間的關(guān)系。校準(zhǔn)得到的紅移率為~4.2 cm^?1每1%應(yīng)變，與原理計(jì)算預(yù)測的~4.4 cm^?1每1%應(yīng)變相致。

圖1：原位可調(diào)應(yīng)變裝置與拉曼測量應(yīng)變率

圖2：應(yīng)變誘導(dǎo)的反鐵磁-鐵磁相變

? 低溫PL光譜探測CrSBr磁性變化——基于Montana超精細(xì)多功能無液氦低溫光學(xué)恒溫器的PL光譜測量

由于向RMCD對(duì)面外磁性比較敏感，而CrSBr是面內(nèi)的A型反鐵磁結(jié)構(gòu)，因此用RMCD來測量磁性并不是種好的方法，近期研究發(fā)現(xiàn)，激子光致發(fā)光（PL）和吸收譜對(duì)CrSBr的層間反鐵磁和鐵磁排列非常敏感。因此該工作中用低溫PL光譜研究了CrSBr不同應(yīng)變下的磁性態(tài)。

圖3：應(yīng)變誘導(dǎo)的磁相變前后與磁場相關(guān)的PL光譜

? 低溫RMCD探測CrSBr自旋翻轉(zhuǎn)過程——基于Montana定制型光學(xué)恒溫器的RMCD測量

在對(duì)CrSBr二維材料施加面外磁場時(shí)，自旋會(huì)逐漸翻轉(zhuǎn)至面外方向。研究者發(fā)現(xiàn)，應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致自旋翻轉(zhuǎn)過程發(fā)生劇烈的變化。用低溫限RMCD作為面外磁化的敏感探針，研究者測量了應(yīng)力對(duì)自旋翻轉(zhuǎn)的影響。

圖4：應(yīng)變調(diào)控的面外磁翻轉(zhuǎn)過程

總結(jié)

在此作中，研究者展示了新的技術(shù)手段以用來探測低溫下原位可調(diào)的單軸應(yīng)變對(duì)二維材料和異質(zhì)結(jié)的影響。用這技術(shù)，研究者實(shí)現(xiàn)了對(duì)層狀磁性半導(dǎo)體CrSBr磁性能前·所未有的控制。研究結(jié)果表明用自旋、電荷、晶格之間*的耦合作用可以用于制造二維器件，例如應(yīng)力控制的磁阻開關(guān)、通過應(yīng)變導(dǎo)致的磁性態(tài)反轉(zhuǎn)對(duì)稱性破缺實(shí)現(xiàn)調(diào)控二次諧波，或者零磁場下調(diào)控磁隧道結(jié)。用應(yīng)變的調(diào)控還可以擴(kuò)展到范德瓦爾斯材料之外的其他二維材料、異質(zhì)結(jié)、莫爾超晶格中，為應(yīng)變調(diào)控開辟了廣闊的前景。

設(shè)備簡介

OptiCool超精準(zhǔn)全開放強(qiáng)磁場低溫光學(xué)研究平臺(tái)

OptiCool是Quantum Design于2018年2月新推出的超精準(zhǔn)全開放強(qiáng)磁場低溫光學(xué)研究平臺(tái)，創(chuàng)新*的設(shè)計(jì)方案確保樣品可以處于光路的關(guān)鍵位置。系統(tǒng)擁有3.8英寸超大樣品腔、雙錐型劈裂磁體，可在超大空間為您提供高達(dá)±7T的磁場。多達(dá)7個(gè)側(cè)面窗口、1個(gè)頂部超大窗口方便光線由各個(gè)方向引入樣品腔，高度集成式的設(shè)計(jì)讓您的樣品在擁有低溫磁場的同時(shí)擺脫大型低溫系統(tǒng)的各種束縛。

OptiCool是全干式系統(tǒng)，啟動(dòng)和運(yùn)行只需少量氦氣。全自動(dòng)軟件控制實(shí)現(xiàn)鍵變溫、鍵變場、頂部窗口90°光路張角讓測量更便捷；控溫技術(shù)讓控溫更智能；新型磁體完·美結(jié)合了超大均勻區(qū)與超大數(shù)值孔徑。OptiCool讓低溫光學(xué)實(shí)驗(yàn)無限可能。

OptiCool技術(shù)點(diǎn)：

? 全干式系統(tǒng)：*無液氦系統(tǒng)，脈管制冷機(jī)。

? 8個(gè)光學(xué)窗口：7個(gè)側(cè)面窗口，1個(gè)頂部窗口；可升底部窗口

? 超大磁場：±7T

? 超低震動(dòng)：<10 nm  峰-峰值

? 超大空間：Φ89 mm×84 mm

? 精準(zhǔn)控溫：1.7K~350K全溫區(qū)精準(zhǔn)控溫

? 新型磁體：同時(shí)滿足超大磁場均勻區(qū)、大數(shù)值孔徑的要求。

? 近工作距離：可選3 mm工作距離窗口或集成鏡頭方案

Montana超精細(xì)多功能無液氦低溫光學(xué)恒溫器

全·球知·名光學(xué)恒溫器制造商Montana Instruments多年來為低溫光學(xué)、量子信息等域提供性·能·越的光學(xué)恒溫器而*。作為低溫光學(xué)恒溫器的旗艦產(chǎn)品，Montana Instruments近推出了全新型號(hào)CryoAdvance系列。該系列的目標(biāo)是助力科技工作者在進(jìn)材料和量子信息域研究研究方面更進(jìn)步。

CryoAdvance 50新色

? 自動(dòng)控制：全新智能觸摸屏系統(tǒng)，“鍵式操作"，實(shí)時(shí)顯示溫度、穩(wěn)定性、真空度等多種指標(biāo)。

? 模塊化設(shè)計(jì)：多種配置可選，快速滿足各種實(shí)驗(yàn)需求，后續(xù)升簡單。

? 多通道設(shè)計(jì)：基本配置已包含光學(xué)窗口+直流電學(xué)+高頻電學(xué)通道。

? 穩(wěn)定性設(shè)計(jì)：新設(shè)計(jì)在變溫和振動(dòng)穩(wěn)定性上進(jìn)步化。

CryoAdvance 50主要參數(shù)

? 自動(dòng)控溫：3.2K - 350K 樣品臺(tái)

? 溫度穩(wěn)定性：<10mK（峰-峰值）

? 震動(dòng)穩(wěn)定性：<5 nm（峰-峰值）

? 降溫時(shí)間： 300K-4.2K ~2小時(shí)

? 樣品腔空間：Φ53 mm ×100 mm

? 光學(xué)窗口：5個(gè)光學(xué)窗口，可選光纖引入

? 水平光路高度：140 mm

? 窗口材料：多種材質(zhì)可選

? 基本電學(xué)通道：20條直流通道。

? 接口面板：雙RF接口+25DC接口

相關(guān)產(chǎn)品：

1、超精準(zhǔn)全開放強(qiáng)磁場低溫光學(xué)研究平臺(tái)-OptiCool

https://www.chem17.com/product/detail/29046486.html

2、超精細(xì)多功能無液氦低溫光學(xué)恒溫器

https://www.chem17.com/product/detail/16864988.html

3、超精細(xì)多功能無液氦低溫光學(xué)恒溫器XP系列

https://www.chem17.com/product/detail/33486633.html