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石墨烯中Dirac磁激子的紅外納米成像的核心——attocube低溫納米位移臺(tái)

來源:QUANTUM量子科學(xué)儀器貿(mào)易(北京)有限公司   2024年10月15日 08:40  

研究動(dòng)態(tài):


磁場對(duì)量子材料中電子的運(yùn)動(dòng)有著深遠(yuǎn)的影響。強(qiáng)磁場下的二維電子系統(tǒng)具有量子化的霍爾電導(dǎo)率、手性邊緣電流的集合模式,被稱為磁等離子體和磁激子。到目前為止,在電中性樣品中產(chǎn)生這些集合模式并以其固有的納米長度尺度對(duì)其進(jìn)行成像仍挑戰(zhàn)性。

 

近日,美國紐約州立石溪大學(xué)(Stony-Brook University) Michael Dapolito,Xu Du & Mengkun Liu等,在Nature Nanotechnology上發(fā)文,報(bào)道了在自然長度尺度上,實(shí)驗(yàn)觀測到了傳播的磁激子極化激元,并報(bào)道了它們?cè)诮娭行允┲械拇艌隹烧{(diào)色散。并對(duì)這些集體模式及其相關(guān)的納米電光響應(yīng)進(jìn)行成像。



研究進(jìn)展:


本文在低溫近場光學(xué)顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新性。在高達(dá)7T磁場以及納米尺度下,成功觀測到了二維材料的近場響應(yīng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁極化子的探索和調(diào)控。圖1(a)展示的是實(shí)驗(yàn)裝置示意圖,該裝置內(nèi)置于一個(gè)可以提供低溫和強(qiáng)磁場的系統(tǒng)中(OPTICOOL, QUANTUM DESIGN),能夠同時(shí)進(jìn)行近場散射振幅(S)和光電流(I)的測試。在本成果中,AFM Probe被固定在一組可在xyz方向上實(shí)現(xiàn)5 mm精確位移的納米位移臺(tái)上,其實(shí)現(xiàn)的精確定位及與激光的精確耦合是測試的核心與關(guān)鍵。這種精確位移得益于德國attocube 公司提供的納米級(jí)精度位移的納米位移臺(tái)(ANP101,attocube systems AG),其可在低溫和強(qiáng)磁場環(huán)境中提供納米級(jí)精度位移。隨后,在近電荷中性石墨烯中,展示了在場調(diào)諧0→1朗道能級(jí)Landau levels、 LL躍遷區(qū)域的納米紅外圖像(下圖2)。圖3結(jié)果展示了不同磁場大小下狄拉克磁激子DiMEs的測量結(jié)果。圖4則展示了依賴于磁場的狄拉克磁激子DiMEs色散關(guān)系的結(jié)果。

圖1:要200K溫度時(shí),六方氮化硼hexagonal boron nitride,hBN封裝石墨烯后,磁場相關(guān)掃描近場光學(xué)顯微鏡magneto scanning near-field optical microscope,m-SNOM,以及近場光電流狄拉克磁激子Dirac magnetoexcitons,DiME測量


圖2:在近電荷中性石墨烯中,在場調(diào)諧0→1朗道能級(jí)Landau levels,LL躍遷區(qū)域的納米紅外圖像。


圖3:狄拉克磁激子DiMEs的磁場調(diào)諧。

 

圖4:依賴于磁場的狄拉克磁激子DiMEs色散。


Attocube 低溫納米位移臺(tái)


attocube公司生產(chǎn)的位移器設(shè)計(jì)緊湊,體積小巧,種類包括線性XYZ線性位移器、大角度傾角位移器、360度旋轉(zhuǎn)位移器和掃描器,并以穩(wěn)定而優(yōu)異的性能,原子級(jí)定位精度,納米位移步長和厘米級(jí)位移范圍受到科學(xué)家的肯定和贊譽(yù)。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于普通大氣境中,包括超高真空環(huán)境(5E-11mbar)、極低溫環(huán)境(10 mK)和強(qiáng)磁場中(31 T)。


 圖5 attocube低溫強(qiáng)磁場位移器,掃描器


attocube低溫位移臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)如下:



參考文獻(xiàn):

[1]. Dapolito, M., Tsuneto, M., Zheng, W. et al. Infrared nano-imaging of Dirac magnetoexcitons in graphene. Nat. Nanotechnol. (2023).

https://doi.org/10.1038/s41565-023-01488-y

https://www.nature。。com/articles/s41565-023-01488-y


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