單個二維層之間的弱范德華（vdW）相互作用為探索二維準粒子行為提供了一個特殊的平臺。特別是通過堆疊具有精確角度取向的兩個單層，可以創建莫爾系統。高磁場中激子/庫伯對/極化激元等準粒子的磁相互作用揭示了隱藏的物理機制，加速了磁電、光電子和量子光子器件的進一步應用發展。

這些物理機制的研究通常需要進行低溫量子通信測試及磁光光譜測試等。德國attocube公司研發的低震動無液氦磁體與恒溫器-attoDRY系統可有效結合矢量磁體、低溫物鏡（LT-APO）和attoAFM I，且具有無液氦、超低振動、超高溫度穩定性等優異的性能，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射器平臺中，新興的二維材料系統有可能成為工程量子光源的低成本和可擴展平臺。

近期，Tobias Heindel小組（德國柏林理工大學）與Christian Schneider小組（德國卡爾·馮·奧西茨基大學）合作發表了一項研究，該研究對基于WSe₂單層的單光子源在量子安全通信中的部署進行了基準測試。在他們的量子密鑰分布實驗中，全自動操控的attoDRY800桌面式光學低溫恒溫系統為原子層薄的量子光源低溫操作提供了一個可靠的平臺。研究發現二維材料適用于量子密鑰分發，其性能很容易與其他材料平臺競爭^[1]。

圖1 ：WSe₂單光子源與以前的量子密鑰分布實驗結果對比。黑色曲線（實線）顯示基于WSe₂的源通過時間濾波進行優化的情況下的預期性能。

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器件的候選材料。由多個中國課題組合作研究了范德華（vdW）多鐵性CuCrP₂S₆材料，并在其中發現了具有相同易軸的平面內電各向異性和磁各向異性。中國人民大學的程志海教授課題組利用attoDRY2100全自動低震動無液氦磁體系統內部具有壓電響應顯微鏡（PFM）的attoAFM I顯微鏡進行了PFM測量，表明平面外電偶極子來源于反鐵電疇壁。研究發現可以通過電場、磁場和溫度操縱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器中的應用潛力。

圖2： 通過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指紋

二維莫爾材料為研究強相關電子態提供了一個高度可調諧的平臺。這種涌現的多體現象可以在通過堆疊兩層過渡金屬二硫族化合物半導體產生的莫爾條紋系統中進行光學探測：光學注入的激子可以與占據窄莫爾能帶的流動載流子相互作用，形成對強相關性敏感的激子極化激元。

Brian Gerardot（英國赫瑞-瓦特大學）的小組研究了由莫爾超晶格局域化的費米海修飾的激子的行為。使用attoDRY1000 - 低震動無液氦磁體系統進行變溫磁光光譜測量，確定了在強相關電子態的情況下激子極化子的性質，并揭示了MoSe₂/WSe₂平臺的豐富潛力，用于研究費米-哈伯德和玻色-哈伯德物理。

圖3： MoSe₂/WSe₂二維莫爾材料中，5T外置磁場下的偏置電壓調控光學信號的變化。

無液氦低溫強磁場CFM/AFM/Raman顯微鏡主要技術特點：

? 閉路可循環系統，無需液氦

? 特殊設計，超低震動（0.12 nm RMS）

? 溫度范圍：1.7K-300K

? 磁場強度：9T, 12T, 9/3T，9/1/1T矢量磁體

? 多功能測量平臺：RAMAN/AFM/MFM/PFM/ct-AFM/CFM

? 超高溫度穩定性：<10mK

? 頂部進樣，溫度與磁場全自動控制，觸摸屏控制

? 應用范圍：量子光學、二維材料光譜、拉曼/光致發光/光電流、磁疇成像

圖4. 無液氦低溫強磁場CFM/AFM/Raman顯微鏡

參考文獻：

[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.

相關產品：

1、低震動無液氦磁體與恒溫器-attoDRY

2、低溫強磁場拉曼顯微鏡-cryoRaman