一、單層激子絕緣體的證據（Nature Physics）
眾所周知拓撲性和關聯性之間的相互作用可以產生各種各樣的量子相，其中許多原理仍有待探索。近的進展表明，單分子層WTe2在不同量子相之間具有高度的可調性，這一特點表明WTe2是一種很有前途的材料。這種二維晶體的基態可以通過靜電調諧從量子自旋霍爾絕緣態轉化為超導態。然而，關于量子自旋霍爾絕緣態的帶隙打開機制仍不明確。
近日，美國普林斯頓大學Ali Yazdani和 Sanfeng Wu（共同通訊作者）等報道了量子自旋霍爾絕緣體也是激子絕緣體的證據，它是由電子空穴束縛態(即激子)的自發形成引起的。文章于2021年12月發表于Nature Physics。
原文圖2，單層WTe2中電荷中性的絕緣狀態相關測量
文章中作者通過巧妙的實驗設計，結合電輸運測量和隧穿譜測量，揭示了在樣品電荷中性點存在一種本征絕緣狀態，并證實了這種電荷中性絕緣態的相關性質。作者提供的證據證明樣品不是能帶絕緣體或局域絕緣體，并支持了在激子絕緣體相的存在。這些觀測結果為理解具有非平凡拓撲的相關絕緣體奠定了基礎，并確定了單層WTe2是基態激子量子相材料，為以后的應用提供了廣闊的前景。
原文圖4，隧穿光譜揭示的關聯特征和金屬-絕緣體躍遷
在本工作中作者使用Quantum Design生產的完全無液氦綜合物性測量系統PPMS DynaCool 和超全開放強磁場低溫光學研究平臺-OptiCool進行了電運輸和vdW隧穿的相關測量。OptiCool在2018年面世以來作為新型的強磁場低溫光學研究平臺受到了很多好評，并獲得了當年的R&D100大獎。OptiCool的多種電學通道非常方便用戶進行電學測量和柵壓調控實驗。
OptiCool樣品臺直流通道（左）與腔體直流接口（右）
OptiCool樣品臺交流通道（左）與腔體交流接口（右）
二、扭曲二維材料磁性體系中的磁疇和莫爾磁性的直接可視化（Science）
扭曲非磁性二維材料形成的莫爾超晶格是研究奇異相關態和拓撲態的高度可調控系統。近些年來在旋轉石墨烯等多種二維材料中都觀察到了很多奇異的性質。在該工作中，來自華盛頓大學的徐曉棟教授課題組報道了在小角度扭曲的二維CrI3中出現的磁性紋理。
原文圖1，層堆疊依賴的磁性和扭曲雙層CrI3的磁光測量
作者利用基于NV色心的量子磁強計直接可視化測量了納米尺度的磁疇和周期圖案，這是莫爾磁性的典型特征。該篇文章中利用MOKE和RMCD對樣品的磁性進行了精細的測量。研究表明，在扭曲的雙分子層CrI3中反鐵磁(AFM)和鐵磁(FM)域共存，具有類似無序的空間模式。在扭曲三層CrI3中具有周期性圖案的AFM和FM疇，這與計算得到的CrI3 莫爾超晶格中層間交換相互作用產生的空間磁結構相一致。該工作的研究結果表明莫爾磁性超晶格可以作為探索納米磁性的研究平臺。
原文圖3，雙三層扭曲CrI3的磁光和NV磁強計掃描測量圖
該研究工作中對扭曲CrI3的MOKE和RMCD測量中使用了基于OptiCool系統的低溫磁光測量系統。OptiCool具有多個窗口，超低震動，1.7K-350K超大控溫區間等諸多優點可以滿足各種高精度的低溫強磁場光學測量。為了進一步滿足用戶的大數值孔徑測量需求，OptiCool先后開發出了近工作距離窗口和集成物鏡方案，可以滿足各種用戶的需求。
OptiCool近工作距離窗口（左）與外部物鏡（右）安裝示意圖
內部集成室溫物鏡（左）與集成低溫物鏡（右）定制化方案示意圖
三、OptiCool設備簡介
OptiCool是Quantum Design于2018年2月新推出的超全開放強磁場低溫光學研究平臺，創新特的設計方案確保樣品可以處于光路的關鍵位置。系統擁有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±7T的磁場。多達7個側面窗口、1個頂部超大窗口方便光線由各個方向引入樣品腔，高度集成式的設計讓您的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。
OptiCool是全干式系統，啟動和運行只需少量氦氣。全自動軟件控制實現一鍵變溫、一鍵變場、頂部窗口90°光路張角讓測量更便捷；控溫技術讓控溫更智能；新型磁體結合了超大均勻區與超大數值孔徑。OptiCool讓低溫光學實驗無限可能。
OptiCool技術特點：
? 全干式系統：完全無液氦系統，脈管制冷機。
? 8個光學窗口：7個側面窗口，1個頂部窗口；可升底部窗口
? 超大磁場：±7T
? 超低震動：<10 nm 峰-峰值
? 超大空間：Φ89 mm×84 mm
? 控溫：1.7K~350K全溫區控溫
? 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：可選3 mm工作距離窗口或集成鏡頭方案
【參考文獻】
1、Jia et al., Nat. Phys (2021) https://doi.org/10.1038/s41567-021-01422-w
2、Song et al., Science 374, 1140–1144 (2021) 26 November 2021
相關產品：
1、超全開放強磁場低溫光學研究平臺-OptiCool
