一、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。有鑒于此，來自華盛頓大學的許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。該篇文章中研究者利用MOKE和RMCD（反射磁圓二色性）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。本文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測量中使用了基于超全開放強磁場低溫光學研究平臺OptiCool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這種高精度的低溫強磁場光學測量。
二、鐵磁絕緣體GdTiO3中相干聲子模的磁彈性耦合（PHYSICAL REVIEW B）
2020年8月，美國加州大學圣迭戈分校（UC San Diego）R. D. Averitt課題組在量子材料調控方面取得了重要進展。該研究工作利用超全開放強磁場低溫光學研究平臺 Opticool所搭建的測量系統，通過低溫磁場環境下的超快泵浦測量詳細研究了GdTiO3鈣鈦礦材料在光激發下自旋與晶格相互作用以及磁性變化在不同時間尺度上的各種演化機制。這對于可應用于量子信息領域的鈣鈦礦類量子材料實現超快的量子調控十分重要。相關研究成果以 “Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferromagnetic insulator GdTiO3” 為題，刊登在PHYSICAL REVIEW B上。
GdTiO3材料不同溫度下的反射率泵浦測量，(a)反射率隨時間的變化；(b)峰值反射率隨溫度變化；(c) 反射率在不同時間段的演變機制
不同溫度、不同磁場下時間分辨MOKE測量觀察到的GdTiO3材料磁性的演變
GdTiO3在鈣鈦礦材料相圖中處于鐵磁-反鐵磁的邊緣區域，在基態時Gd磁晶格與Ti磁晶格成反鐵磁耦合排列，材料表現出亞鐵磁性，同時材料還是莫特-哈伯德絕緣體和軌道有序態。該研究工作在不同溫度和不同磁場環境下對GdTiO3材料進行了時間分辨的反射率和磁光克爾測量。材料的反射率和科爾轉角在飛秒、皮秒時間尺度上表現出了多種演化機制。針對在皮秒量上的自旋-晶格相互作用機制，通過采用660 nm對應于Ti 3d-3d 軌道Mott-Hubbard帶隙的光激發，對所得MOKE信號的分析可以得出，光激發先擾亂了Ti離子磁晶格的排布，減弱了與Gd磁晶格的抵消作用，使得材料的凈磁矩增加。進而光激發所產生的熱效應逐漸影響Gd磁晶格的穩定性使得材料的凈磁矩減少。另外，實驗觀察到MOKE和反射率測量在皮秒尺度上都有相干振蕩，且隨著時間發生明顯的紅移。該振蕩對應于光激發在材料中產生的應力波（相干聲子）。通過分析，該應力波與材料的磁性也有密切的對應關系，表明通過聲子與磁性的耦合來直接調控磁性也具有很大的可行性。
時間分辨MOKE測量系統圖片和光路示意圖
三、為什么OptiCool是更適合做強磁場光學測量的設備？
OptiCool是Quantum Design于2018年2月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核心位置。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傳統低溫系統對光路的各種束縛，真正實現自由光路的低溫強磁場實驗。
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讓低溫光學實驗具有無限可能。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
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：<10nm 峰-峰值
? 超大空間：Φ89mm×84mm
? 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3mm工作距離窗口或集成鏡頭方案（new！）
? 底部窗口升：系統可升底部窗口，滿足豎直方向的透射實驗（new！）。
? 多種接口：直流通道、射頻通道、光纖通道、氣體通道（new！）。
【參考文獻】
1、Song et al., Science 374, 1140–1144 (2021) 26 November 2021
2、D.J.Lovinger et al., PHYSICAL REVIEW B 102,085138(2020).
相關產品：
1、超全開放強磁場低溫光學研究平臺-OptiCool
