文章名稱：Open-Cavity in Closed-Cycle Cryostat as a Quantum Optics Platform
期刊：PRX Quantum
文章鏈接：https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.2.040318
開放式共振腔（open cavity）作為一種非常有效的工具，在增強固態量子和納米系統光物質相互作用方面發揮著關鍵作用，是推動量子技術邁向廣泛應用的重要手段。光學諧振器的引入可以使光子和固態發射體之間實現有效和精確的相互作用，有力促進了強光物質相互作用以及極化子物理的深入研究，同時為量子通信和計算提供了一個強大的界面。在光物質與固態系統相互作用的進展中，一個核心關鍵的挑戰在于，如何在滿足低溫需求和抗振動的高機械穩定性的同時，保持足夠的自由度以實現原位可調性。
慕尼黑大學由 Samarth Vadia 和 Alexander H?gele 帶領的課題組利用干式封閉循環桌面式光學低溫恒溫器（attocube attoDRY800）成功攻克了法布里-珀羅腔工程設計中的難題。該腔體不僅具備較大的可調性和高機械穩定性，還能通過減振組合在閉循環條件下的低溫環境中運行。憑借這一全新的低溫開放式共振腔平臺，作者證明了二維半導體激子極化子的形成是強光-物質耦合的標志。研究結果充分表明了該平臺是一種超具發展前景的實驗硬件，有望為固態量子技術領域的持續進步提供強勁的動力。相關研究成果以《Open-Cavity in Closed-Cycle Cryostat as a Quantum Optics Platform》為題，發表于國際期刊《PRX Quantum》上。
圖1：在閉式循環低溫恒溫器中的開放式共振腔。1a由凹面鏡和單層WSe2構成的宏觀鏡組成共振腔。1b-c. 安裝在隔震平臺上的可調諧組件共振腔示意圖。1d. 用于穩定性表征和強耦合操作的實驗裝置示意圖。
圖2：在低溫條件下的機械振動特性。6.5K時可調諧共振腔的振動位移。(a)無鎖定和在100 kHz帶寬下有鎖定(b)時的振動位移。(c)10秒以上出現的腔長波動。(d)無鎖定（方）和有鎖定（圓）的位移平均值隨著帶寬的變化。
課題組創新性地提出基于光纖的開放法布里-珀羅腔在封閉循環低溫恒溫器中表現出超高的機械穩定性，并且能夠在全部三個空間方向上實現廣泛的可調性。實驗中，作者展示了在6.5 K溫度和積分帶寬為100 kHz時，均方根腔長度波動小于90 pm）（如圖1和圖2）。此外，該課題組通過證明單層WSe2中激子極化子的強耦合形成來確定腔體性能的基準（如圖3）。
圖3 單層WSe2在封閉循環低溫腔中的強耦合。(3a)耦合腔-單層系統的光子共振能量隨壓電調諧的變化。與激子能量為1.725eV（虛線）的共振時，觀察到避免交叉現象，可作為強耦合的特征。(3b) 從(a)中的數據中提取的激子-極化激子峰的能量作與能量失諧的函數
課題組的研究結果表明，閉式循環低溫恒溫器中attoDRY800中的開放式共振腔是一個超具研究價值的研究光物質相互作用的實驗平臺。它可以容納更復雜的材料，如具有獨特非線性效應的范德華異質結構，基于單光子源的量子應用，稀土離子的新型量子位，以及量子網絡中的光物質界面。
attoDRY800桌面式光學低溫恒溫器（見圖4）為德國attocube公司設計研發的干式閉循環低溫恒溫器，系統冷頭高度耦合到光學平臺內，可提供4K到320K的變溫環境。設備具有極低的震動噪音（Z方向噪音小于5 nm），為國內外課題組廣泛應用于量子通信、量子點發光、半導體材料、二維材料等研究領域?；赼ttoDRY800系統，用戶可以進行拉曼光譜、熒光光譜等實驗。
圖4. attoDRY800桌面式光學低溫恒溫器- 可配低溫物鏡，低溫位移臺以及高頻接線等定制配置。
attoDRY800桌面式光學低溫恒溫器已經在北京大學，中國科學院半導體研究所，國家納米科學中心，南京大學，武漢大學，華東師范大學等單位順利運行，助力中國科學家的科學研究。圖5為常見真空罩設計，其內部可配置低溫消色差物鏡以及納米精度位移臺。如果有定制實驗需要可聯系廠家溝通設計（例如透射光譜與open cavity等實驗）。
圖5：常見配置-真空罩內置低溫物鏡與低溫位移臺。
attoDRY800主要技術特點：
? 光學平臺和閉式循環低溫恒溫器無縫結合
? 提供無光學平臺配置：全新一代獨立光學低溫恒溫器attoDRY800xs
? 寬溫度范圍（3.8 K…300 K），自動溫度控制
? 用戶友好、多功能、模塊化
? 與低溫消色差物鏡兼容，數值孔徑大于0.8
? 可定制真空罩，標準樣品空間：75 mm直徑。
? 與典型光學桌的高度相同
? 包含36根直流電線
圖6：全新一代獨立光學低溫恒溫器attoDRY800xs- 冷頭與光學面包板高度集成。
attoDRY800桌面式光學低溫恒溫器 部分發表文獻：
? N.Y.Yao et al. Imaging the Meissner effect in hydride superconductors using quantum sensors. Nature627, 73–79 (2024)
? Liying Jiao et al. 2D Air-Stable Nonlayered Ferrimagnetic FeCr2S4Crystals Synthesized via Chemical Vapor Deposition. Advanced Materials2024
? Yohannes Abate et al. Sulfur Vacancy Related Optical Transitions in Graded Alloys of MoxW1-xS2Monolayers. Adv. Optical Mater. 2024, 2302326
? Pablo P. Boix et al. Perovskite Thin Single Crystal for a High Performance and Long Endurance Memristor. Adv. Electron. Mater.2024, 2300475
? Mauro Valeri et al. Generation and characterization of polarization-entangled states using quantum dot single-photon sources. 2024 Quantum Sci. Technol.9 025002
? Ajit Srivastava, et al; Quadrupolar–dipolar excitonic transition in a tunnel-coupled van der Waals heterotrilayer. Nature Materials22, 1478–1484 (2023)
? Hanlin Fang et al. Localization and interaction of interlayer excitons in MoSe2/WSe2heterobilayers. Nature Communications14 : 6910 (2023)
? S. Kolkowitz et al. Temperature-Dependent Spin-Lattice Relaxation of the Nitrogen-Vacancy Spin Triplet in Diamond, Phys. Rev. Lett.130, 256903,2023
? Yunan GAO, et al. Bright and Dark Quadrupolar Excitons in the WSe2/MoSe2/WSe2Heterotrilayer. Phys. Rev. Lett.131, 186901,2023
? Tim Schr?der, et al. Optically Coherent Nitrogen-Vacancy Defect Centers in Diamond Nanostructures. Phys. Rev. X13, 011042 , 2023
attoDRY800桌面式光學低溫恒溫器 部分國內用戶單位：
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1、低震動無液氦磁體與恒溫器-attoDRYhttp://www.dongsenyule.com/product/202205101.shtml
