隨著科學技術的發展，越來越多的研究人員希望在低溫下進行量子光學實驗，但卻沒有空間放置占用幾立方米寶貴實驗室空間的大型低溫恒溫器。針對此問題，國際知名低溫顯微鏡領域制造商attocube systems AG公司推出了全新一代立光學低溫恒溫器attoDRY800xs。attoDRY800xs將attoDRY800的革命性概念提升到了一個新的水平，成為量子光學實驗中緊湊的平臺。該平臺可定制低溫護罩，配備您想要的光學設置，集成到光學平板中。attoDRY800xs是有史以來個立的光學低溫恒溫器，低溫樣品空間地嵌入到一個無障礙的工作空間中。
圖1. 全新一代立光學低溫恒溫器attoDRY800xs。
根據典型配置，我們設計了幾種標準真空罩和冷屏，它們在定位器、樣品架、工作距離和目標方面進行了優化。圖2為可配置的低溫物鏡兼容真空罩，該真空罩內可配置attocube的低溫消色差物鏡以及納米精度位移臺。如果仍然不夠，可以根據用戶的技術要求和偏好定制桌面上方的任何內容。
圖2：低溫物鏡兼容真空罩。
盡管設計緊湊，但attoDRY800xs仍能提供出色的超低振動性。圖3中激光干涉儀直接測量冷頭位置的振動，垂直方向的峰間振動小于2納米（3納米），而在橫向上低于10納米（40納米），帶寬為200赫茲（1500赫茲）。
圖3. attoDRY800xs樣品區域振動水平測試結果
緊湊的光學低溫恒溫器attoDRY800xs保留了原始attoDRY800的所有關鍵優勢，例如類似的低振動性能、通過可定制的真空護罩實現的多功能性，以及自動溫度控制、氣體處理和遠程控制。 因此，attoDRY800xs可以直接在其光學平板上建立一個立的實驗，也可以將其放置在現有較大的光學臺附近，光學元件之間進行光纖耦合。簡而言之， attoDRY800xs為您的科學研究提供一個小型緊湊但功能依然強大的光學低溫平臺。
attoDRY800xs主要技術特點：
? 只需要17英寸x28英寸的實驗室空間
? 光學面包架和閉式循環低溫恒溫器地結合在一起
? 寬溫度范圍（3.8 K…300 K）
? 用戶友好、多功能、模塊化
? 與低溫消色差物鏡兼容
? 可定制的真空罩
? 與典型光學桌的高度相同
? 自動溫度控制
? 包含36根直流電線
attoDRY800應用案例：
1. InGaN量子點作為單光子源的提升與改進
雖然量子點通常被認為是單光子源的佳候選，但它們的實際性能在很大程度上取決于化學成分。在氮化物量子點的特殊情況下，一方面它們即使在溫度高達350 K的情況下可以發射單光子，另一方面它們的發射會顯著加寬。為了了解優化其性能的佳方法，Robert Taylor小組（英國牛津大學）對InGaN量子點的光致發光進行了廣泛的研究，發現在非性平面上生長的量子點與性氮化物點相比，光譜擴散率降低，壽命顯著縮短。由于在配備有ANPxyz101位移臺的attoDRY800低溫恒溫器中進行了低溫光致發光測量，這些發現得以實現。
【參考】Robert A. Taylor, et al; Decreased Fast Time Scale Spectral Diffusion of a Nonpolar InGaN Quantum Dot. ACS Photonics 2022, 9, 1, 275–281
2. 懸浮納米顆粒的量子控制
attoDRY800不僅能夠為量子光學實驗提供一個無障礙的實驗平臺，而且還可以確保非常干凈的高真空條件。Lukas Novotny（瑞士蘇黎世ETH）團隊出色地利用了這些特性，他們次在低溫環境中光學懸浮介電納米顆粒，并實現了對其運動的量子控制。由于在低溫環境中抑制氣體碰撞和黑體光子發射所提供的低水平的退相干，從而允許將粒子的運動反饋冷卻到量子基態，從而實現了這些結果，反饋控制依賴于粒子位置的無腔光學測量，該測量接近海森堡關系的小值，在2倍以內。此外，量子研究的重要性以及Novotny在其中的作用在ETH董事會2021年的年度報告中有所體現。
【參考】Lukas Novotny, et al; Quantum control of a nanoparticle optically levitated in cryogenic free space, Nature, 595, 378–382 (2021)
3. 增強單光子量子密鑰分配
按下按鈕即可發射單光子的工程量子光源是量子通信協議的基本組件。為了大限度地提高量子密鑰分發的預期安全密鑰和通信距離，柏林理工大學（德國柏林）的Tobias Heindel團隊開發了一些工具，以優化使用此類工程單光子發射器實現的量子密鑰分發性能。利用二維時間濾波，可以優化預期的安全密鑰以及通信距離。該小組在一個基本的量子密鑰分發試驗臺上完成了他們的常規工作，該試驗臺包括一個量子點裝置，該裝置向一個四端口接收器發送單光子脈沖，分析飛行量子比特的化狀態。單光子源安裝在光學attoDRY800光學恒溫器的冷臺上，冷臺與光學平臺的集成為光學平臺上的冷點提供了簡單的解決方案。該團隊的方法進一步證明了通過光子統計進行實時安全監控，這是量子通信安全認證的重要一步。
【參考】Tobias Heindel, et al; Tools for the performance optimization of single-photon quantum key distribution.npj Quantum Information , 6, 29 (2020)
4. 易于使用的單光子實驗平臺
有效地產生單個、不可區分的光子對于光學量子信息處理的發展至關重要。具體而言，按需創建單光子的探索僅限于某些類型的源和技術。為了實現這一目標，Quandela公司提供光學配件和先進的固態源設備，這些設備每秒可發射數百萬個量子純光子。將attocube的閉式循環低溫恒溫器attoDRY800與Quandela的半導體量子點發射器相結合，可為復雜的實驗和協議提供可靠且易于使用的先進固態單光子源。通過這種穩健的設置，很容易使用單光子源按需生成零、一或兩個光子的量子疊加加速芯片多光子實驗，并證明該技術可用于大規模制造相同的源。
【參考】J. C. Loredo, et al; Generation of non-classical light in a photon-number superposition，Nature Photonics,13, 803–808(2019)
5. 高壓下的納米量子傳感器
壓力會影響從行星內部的性質到量子力學相位之間的轉換等現象。然而，在高壓實驗裝置（如金剛石砧座單元）中產生的巨大應力梯度限制了大多數常規光譜學技術的應用。為了應對這一挑戰，由三個小組（按字母順序）立開發了一種新型納米傳感平臺：Jean-Francois Roch小組（法國巴黎大學）、Sen Yang小組（中國香港中文大學）和Norman Yao小組（美國加州大學伯克利分校）。研究人員利用集成在砧座單元中的量子自旋缺陷，在端壓力和溫度下以衍射限的空間分辨率檢測到了微小信號。為此，Norman Yao及其同事使用了臺式集成閉合循環attoDRY800低溫恒溫器，這是快速控制金剛石砧座溫度的理想平臺，同時提供了大的樣品室和自由光束通道。
【參考】N.Y.Yao, et al; Imaging stress and magnetism at high pressures using a nanoscale quantum sensor,Science 2019:366, 6471,1349-1354
6. 低溫拉曼研究氣相沉積的二維材料NiI2晶體磁學性質
范德瓦爾斯磁性材料的發現引起了材料科學和自旋電子學界的大關注。制備原子厚度以下的超薄磁性層是一項具有挑戰性的工作。納米科學中心的謝黎明研究員團隊報道了氣相沉積的NiI2范德華晶體，在SiO2/Si襯底上生長的二維NiI2薄片為5?40納米，在六角氮化硼（h-BN）上可生長原子層厚度的晶體。隨溫度變化的拉曼光譜揭示了生長的二維NiI2晶體中的磁性相變。該研究工作使用attoDRY800光學低溫恒溫器進行了樣品冷卻，低溫物鏡（LT-APO/VIS/0.82）用于激光聚焦和信號采集。這項工作為外延二維磁性過渡金屬鹵化物提供了一種可行的方法，也為自旋電子器件提供了原子層厚度的材料。
【參考】Liming XIE, et al;Vapor Deposition of Magnetic Van der Waals NiI2Crystals, ACS Nano 2020, 14, 8, 10544–10551.
7. 范德華異質結構中局域層間激子間的偶相互作用
雖然自由空間中的光子幾乎沒有相互作用，但物質可以調解它們之間的相互作用，從而產生光學非線性。這種單量子水平上的相互作用會導致現場光子排斥，對于基于光子的量子信息處理和實現光的強相互作用多體態至關重要。美國Ajit Srivastava課題組報道了異質雙層MoSe2/WSe2中電場可調的局部化層間激子之間的排斥偶-偶相互作用。具有平面外非振蕩偶矩的單個局部化激子的存在將第二激發的能量增加約2?meV：大于發射線寬的一個數量，對應于約7 nm的偶間距離。樣品被裝入閉循環低溫恒溫器attoDRY800中，課題組自制了低溫（~ 4K）顯微鏡進行PL測量。在較高的激發功率下，多激子絡合物以較高的系統能量出現。該發現是朝著創建激子少體和多體態邁出的一步，例如范德華異質結構中具有自旋谷旋量的偶晶體。
【參考】Ajit Srivastava, et al; Dipolar interactions between localized interlayer excitons in van der Waals heterostructures, Nature Materials, 19, 624–629(2020)
8. 單層WS2范德華異質結構腔中的光吸收
單層過渡金屬二鹵化物（TMD）中的激子控制著它們的光學響應并顯示出由壽命限制的光?物質強相互作用。雖然各種方法已被應用于增強TMD中的光激子相互作用，但所達到的強度遠遠不足，并且尚未提供其潛在物理機制和基本限制的完整圖片。西班牙Koppens課題組介紹了一種基于TMD的范德瓦爾斯異質結構腔，它提供了在超低激發功率下觀察到的近100%激子吸收和激子復合物發射。低溫恒溫器attoDRY800為光譜吸收實驗提供了不同的溫度條件（4K-300K）。實驗的結果與描述光的激子?空腔相互作用的量子理論框架完全一致。研究發現，輻射、非輻射和退相衰變率之間的微妙相互作用起著至關重要的作用，并揭示了二維系統中激子的普遍吸收定律。此增強型光?激子相互作用為研究激子相變和量子非線性提供了一個平臺，為基于二維半導體的光電子器件提供了新的可能性。
【參考】Frank H. L. Koppens, et al; Near-Unity Light Absorption in a Monolayer WS2Van der Waals Heterostructure Cavity, Nano Lett. 2020, 20, 5, 3545–3552
圖4：低振動無液氦磁體與恒溫器—attoDRY系列，超低振動是提供高分辨率與長時間穩定光譜的關鍵因素。
相關產品
1、低震動無液氦磁體與恒溫器-attoDRY
http://www.dongsenyule.com/product/2020022116.shtml
2、全新一代立光學低溫恒溫器-attoDRY800xs
