低溫強(qiáng)磁場拉曼顯微鏡cryoRaman是由國際著名低溫顯微鏡領(lǐng)域制造商attocube systems AG公司與拉曼顯微成像創(chuàng)新公司W(wǎng)ITec GmbH聯(lián)合研發(fā)推出的。該低溫拉曼成像系統(tǒng)集成了attocube公司出色的低溫恒溫器和納米定位器技術(shù)，以及WITec公司系列顯微鏡的高靈敏度和模塊化設(shè)計，實現(xiàn)了極低溫拉曼成像在強(qiáng)磁場中的高效應(yīng)用，并且將拉曼成像的空間分辨率帶到極限，非常適合在低溫強(qiáng)磁場等極丶端環(huán)境下進(jìn)行多種新物理特性的研究。設(shè)備推出至今，已幫助全球多個課題組取得了突出科研成果。
圖1. 低溫強(qiáng)磁場拉曼顯微鏡cryoRaman設(shè)備圖。設(shè)備集成attoDRY2100低溫強(qiáng)磁場系統(tǒng)與拉曼顯微鏡。
超發(fā)射范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)
范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)（vdWh）具有各種技術(shù)上有用的光電子特征，其中，異質(zhì)結(jié)由多層六方氮化硼（hBN）夾在過渡金屬二硫族化物（TMD）的單層之間組成。Martin Kalbac（捷克科學(xué)院，捷克共和國）課題組通過低溫強(qiáng)磁場拉曼顯微鏡cryoRaman測量光致發(fā)光，證明在溫度低于15K時，對聲子數(shù)量有強(qiáng)烈的抑制。隨后，激子以vdWh的從頭到尾的方式自組裝成有序陣列，集體振蕩并相干輻射，即使在極低的泵浦強(qiáng)度下也是如此。因此，超發(fā)射vdWh是研究多體相關(guān)性的很好的體系。
圖2：cryoRaman觀測異質(zhì)結(jié)中的熒光光譜成像數(shù)據(jù)。溫度4K，532 nm激光激發(fā)，760 nm附近尖銳峰值的積分強(qiáng)度的空間分布。
參考文獻(xiàn)【1】：Golam Haider et.al, Superradiant Emission from Coherent Excitons in van Der Waals Heterostructures, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2102196。
稀土鈣鈦礦的磁模式：磁場相關(guān)的非彈性光散射研究
本質(zhì)上惰性的稀土鈣鈦礦，如LaAlO3，可以通過引入某些陽離子或空位而轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈱W(xué)和磁活性材料。Venkatesan教授（新加坡國立大學(xué)）和 于霆教授（新加坡南洋理工大學(xué)）等人通過低溫強(qiáng)磁場拉曼顯微鏡cryoRaman和 attoLIQUID1000 低溫恒溫器對幾種不含磁性雜質(zhì)的稀土鈣鈦礦進(jìn)行了低溫磁拉曼研究。測量結(jié)果揭示了帶隙中存在具有磁自由度的缺陷態(tài)，表明適當(dāng)?shù)娜毕莨こ倘绾握T導(dǎo)軌道磁化，從而使稀土鈣鈦礦可用于新型磁性和磁光應(yīng)用。
圖3. cryoRaman觀測LaAlO3晶體，在溫度5 K時，不同拉曼峰隨著磁場強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)圖。
參考文獻(xiàn)【2】：W. M. Lü et.al, Long-range magnetic coupling across a polar insulating layer, Nature Communications 7 : 11015 (2016)。
微觀復(fù)雜性的宏觀表現(xiàn)
對于處于熱力學(xué)極限的多體系統(tǒng)，微觀層面高度復(fù)雜的相演化通常不會影響宏觀相演化。因此，宏觀物理量的測量不會產(chǎn)生重大的不確定性。然而，對于足夠小的低于熱力學(xué)極限的系統(tǒng)，微觀層面的復(fù)雜行為可能在宏觀上表現(xiàn)為突現(xiàn)行為。日本東京大學(xué)和日本 RIKEN新興物質(zhì)科學(xué)中心的Fumitaka Kakawa 和 Yoshinori Tokura 團(tuán)隊通過低溫強(qiáng)磁場拉曼顯微鏡cryoRaman的空間成像，研究了過渡金屬二硫?qū)倩?IrTe2 薄片相演化復(fù)雜性。此類研究與實際應(yīng)用密切相關(guān)，因為當(dāng)今的樣品制造技術(shù)允許對固態(tài)納米器件中的材料進(jìn)行相控制。
圖4：cryoRaman觀測金屬二硫?qū)倩?IrTe2 薄片，拉曼掃描成像數(shù)據(jù)圖。
參考文獻(xiàn)【3】：H. Oike et.al, Real-Space Observation of Emergent Complexity of Phase Evolution in Micrometer-Sized IrTe2 Crystals, Phys. Rev. Lett. 127, 145701 2021。
用于探測石墨烯局部材料特性的磁拉曼顯微鏡
共焦拉曼顯微鏡與4 K 磁場的結(jié)合為研究和調(diào)整石墨烯和少層石墨烯中的電子-聲子相互作用提供了機(jī)會。特別是，當(dāng)朗道能級之間的能量匹配時，朗道能級之間的激發(fā)可以與拉曼有源長波光學(xué)聲子（G-聲子）共振耦合，從而產(chǎn)生磁聲子共振（MPR）。如圖5所示，在±3.7 T的磁場下出現(xiàn)了這種共振，并用箭頭進(jìn)行突出標(biāo)記。耦合的細(xì)節(jié)取決于所研究的石墨烯層的各種材料特性。從MPR實驗結(jié)果中，可以提取電子-聲子耦合常數(shù)或載流子費米速度等器件參數(shù)。有趣的是，對于低載流子摻雜，費米速度顯示了多體相互作用效應(yīng)的特征。
圖5：cryoRaman觀測石墨烯與hBN材料，拉曼峰位會隨著磁場變化而有變動。
參考文獻(xiàn)【4】：C. Neumann et.al, Raman spectroscopy as probe of nanometre-scale strain variations in graphene, Nature Communications 6: 8429 (2015) 。
cryoRAMAN主要技術(shù)特點：
? 應(yīng)用范圍廣泛: 量子光學(xué)，PL/EL/ Raman等光譜測量
? 以較高分辨率和速度進(jìn)行光譜成像
? 每個像素點自動獲取拉曼光譜，低波數(shù)與偏振測量
? 空間分辨率：優(yōu)于 1 μm
? 無液氦閉環(huán)恒溫器，變溫范圍：1.8K - 300K
? 工作磁場范圍：0...9T (12T, 9T-3T，9T-1T-1T矢量磁體可選)
? 低溫消色差物鏡NA=0.82
? 精細(xì)定位范圍： 5mm X 5mm X 4.8mm @ 4K
? 精細(xì)掃描范圍：30 μm X 30 μm @4K
? 可進(jìn)行電學(xué)測量，配備標(biāo)準(zhǔn)chip carrier
? 可升級到AFM/MFM、PFM、ct-AFM、KPFM、close loop scanning等功能
cryoRAMAN精彩數(shù)據(jù)展示：
圖6. 溫度2K下，不同強(qiáng)度磁場下，偏振拉曼光譜測量
圖7. 變溫?zé)晒夤庾V測量
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更新時間：2024-03-14
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