極低溫mK級納米精度位移臺

mK級位移臺應用領域

適用于稀釋制冷機的解放方案

mK級位移臺技術優勢

>  當步進到制定位置后，施加在壓電陶瓷上的電壓變為0V，因此不存在由于外加電信號而產生噪音或飄逸問題；

>  驅動定位器所需要的電壓一般較低（60V或150V），因此不需要進行高壓屏蔽，很多低壓中使用的電纜和接口都可以在這里使用；

>  Attocube位移器可以同時作為粗逼近裝置和精細掃描頭使用，因此極大的提高了設備的穩定性和結構的緊湊性

>  Attocube mK位移器采用鈹銅（BeCu）材質，在極端溫度下會有更高的熱導性和穩定性而且不會產生額外的磁場影響測量信號

mK級位移臺基本參數

>  工作溫度范圍：10mK - 373K

>  工作磁場環境：0 - 31Tesla

>  工作環境：大氣 - 5E-11mbar

>  閉環位移控制精度：1nm

>  負載重量：大可到2Kg

>  大位移范圍：50mm 

>  位移器小尺寸：11X11mm

應用案例

■  Attocube mK納米位移臺在分數量子霍爾效應區的非線性光學中的應用

關鍵詞：量子霍爾效應；四波混頻；極化激元

       設計光學光子之間的強相互作用是量子科學的一項重要挑戰。來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院（Institute of Quantum Electronics, ETH Zürich, Zürich,）的研究團隊報告了在光學腔中嵌入一個二維電子系統的時間分辨四波混頻實驗，證明當電子初始處于分數量子霍爾態時，極化激元間的相互作用會顯著增強。此外，激子-電子相互作用導致極化子-極化激元的生成，還對增強系統非線性光學響應發揮重要作用。該研究有助于促進強相互作用光子系統的實現。（https://doi.org/10.1038/s41586-019-1356-3）

       值得指出的是，該實驗在溫度低于100mK的環境下進行，使用了德國attocube公司的極低溫mK環境適用納米精度位移臺來實現物鏡的精確移動和聚焦。

參考文獻

Knüppel, P., Ravets, S., Kroner, M. et al. Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime. Nature 572, 91–94 (2019). 

■  Attocube mK納米位移臺在二維鐵磁材料研究中的應用

關鍵詞：二維鐵磁材料； 極低溫納米精度位移臺； 反鐵磁態；二次諧波

       近年來，二維磁性材料在國際上成為備受關注的研究熱點。近日，ZG與美國的研究團隊合作，在二維磁性材料雙層三碘化鉻中觀測到源于層間反鐵磁結構的非互易二次諧波非線性光學響應，并揭示了三碘化鉻中層間反鐵磁耦合與范德瓦爾斯堆疊結構的關聯。

       研究團隊同時發現，雙層反鐵磁三碘化鉻的二次諧波信號相比于過去已知的磁致二次諧波信號（例如氧化鉻Cr2O3），在響應系數上有三個以上數量級的提升，比常規鐵磁界面產生的二次諧波更是高出十個數量級。利用這一強烈的二次諧波信號，團隊得以揭示雙層三碘化鉻的原胞層堆疊結構的對稱性。

       運用光學二次諧波這一方法來探測二維磁性材料的磁結構與相關特性是此實驗的關鍵。團隊利用自主研發搭建了的無液氦可變溫強磁場顯微光學掃描成像系統，完成了關鍵數據的探測。（https://doi.org/10.1038/s41586-019-1445-3）

       值得指出的是，該無液氦可變溫強磁場顯微光學掃描成像系統采用的是德國attocube公司的極低溫強磁場納米精度位移臺和極低溫掃描臺來來實現樣品的位移和掃描。德國attocube公司是上著名的極端環境納米精度位移器制造商。公司已經為全科學家生產了4000多套位移系統，用戶遍及全球著名的研究所和大學。它生產的位移器設計緊湊，體積極小，種類包括線性XYZ線性位移器、大角度傾角位移器、360度旋轉位移器和納米精度掃描器。

參考文獻

Sun, Z., Yi, Y., Song, T. et al. Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3. Nature 572, 497–501 (2019). 

■  Attocube mK旋轉臺在石墨烯摩爾超晶格可調超導特性研究中的應用

關鍵詞：石墨烯；超晶格；高溫超導

       高溫超導性機制是凝聚態物理領域世紀性的課題。這種超導性被認為會在以Hubbard模型描述的摻雜莫特絕緣體中出現。近期，來自美國和ZG的國際科研團隊合作在nature上發表文章報道了在ABC-三層石墨烯（TLG）以及六方氮化硼（hBN）摩爾超晶格中發現可調超導性特征。研究人員通過施加垂直位移場，發現ABC-TLG/hBN超晶格在20開爾文的溫度下表現出莫特絕緣態。進一步冷卻操作發現，在溫度低于1K的時候，該異質結的超導的獨特特性開始出現。通過進一步調控垂直位移場，研究人員還成功實現了超導體-莫特絕緣體-金屬相的轉變。

       電學輸運工作的測量是在進行仔細的信號篩選后，在本底溫度為40mK的稀釋制冷劑內進行的。值得指出的是，樣品的面內測量需要保證樣品方向與磁場方向平行，這必須要求能夠在極低溫（40mK）環境下能夠良好工作精確工作的旋轉臺來移動樣品，確保樣品與磁場方向平行。實驗中使用了德國attocube公司的mK納米精度旋轉臺。Attocube公司能夠提供水平和豎直方向的旋轉臺，實現使樣品與單軸線管的超導磁場方向的夾角調整為任意角度。通過電學輸運結果，證實了樣品中存在的超導與Mott絕緣體與金屬態的轉變（結果如圖所示），證明了三層石墨烯/氮化硼的超晶格為超導理論模型（Habbard model）以及與之相關的反常超導性質與新奇電子態的研究提供了模型系統。

ABC-TLG/hBN的超導性圖左低溫雙軸旋轉臺；圖右下：石墨烯/氮化硼異質節的超導性測量測試結果，樣品通過attocube的mK適用旋轉臺旋轉后方向與磁場方向平行

參考文獻

Guorui CHEN et al, “Signatures of tunable superconductivity in a trilayer graphene moiré superlattice” Nature, 572, 215-219 (2019)

■  Attocube 低溫位移臺在NV center在加壓凝聚態系統中的量子傳感中的應用

關鍵詞：NV色心；量子傳感器

       壓力引起的影響包括平面內部性質變化與量子力學相轉變。由于高壓儀器內產生巨大的壓力梯度，例如金剛石腔，常用的光譜測量技術受到限制。為了解決這一難題，一個新奇的納米尺度傳感器被三個課題組研發，三個團隊分別為巴黎第十一大學，香港中文大學和加州伯克利大學。研究者把量子自旋缺陷集成到金剛石壓腔中來探測極端壓力和溫度下的微小信號，空間分辨率不受到衍射極限限制。

       為此，加州伯克利大學團隊使用與光學平臺高度集成的閉循環德國attocube公司的attoDRY800低溫恒溫器來進行試驗，attoDRY800中集成了attocube公司的極低溫納米精度位移臺，以此來實現快速并且精確控制金剛石壓強的移動以及測量實驗。

拓展閱讀： https://www.zhihu.com/question/362503091

參考文獻

[1] S. Hsieh et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1349-1354 (2019) 
[2] M. Lesik, et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1359-1362 (2019)
[3] K. Yau Yip et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1355-1359 (2019)

■  Attocube mK位移臺在外加磁場和電場的加速極化子中的應用

       人們普遍認為光子不能用電場或磁場操縱。盡管光子與電子極化的雜化形成激子極化子為在半導體微腔中進行了許多開創性的實驗，這些微腔的中性玻色子性質準粒子嚴重限制了它們對外部規范場的響應。近，來自瑞士蘇黎世聯邦理工大學（ETH Zürich）Prof. Atac Imamoglu課題組展示了在非微擾耦合下的外電場和磁場加速極化子和流動電子形成的新準粒子，稱為極化子。值得注意的是，我們還觀察到極化子的不同極化成分可以當電子處于π1整數量子霍爾態時，能夠在相反方向被加速。下圖展示了其實驗裝置光路示意圖和k | |=0處的對應光譜，x軸代表面內動量k |，y軸代表能量E，時間演化由激子腔失諧給出。 值得指出的是，值得指出的是，該實驗在溫度低于100mK的環境下進行，其使用了德國attocube公司的極低溫mK環境適用納米精度位移臺來實現樣品的精確移動和聚焦。

參考文獻

Chervy T , Knüppel, Patrick, Abbaspour H , et al. Accelerating Polaritons with External Electric and Magnetic Fields[J]. 2019.

■  Attocube mK位移臺在材料輸運性質隨磁場角度的變化研究中的應用

       北京大學量子材料科學中心林熙課題組成功研制出基于attocube極低溫mK位移臺研制的低溫強磁場下的樣品旋轉臺，用于測量材料的輸運性質隨磁場角度的變化研究。

基本參數：

旋轉臺型號: Attocube ANR101/RES

系統環境溫度: < 20 mK

電學測量溫度: < 22 mK

旋轉角度范圍: -10°~90°

實現角度分辨率:<0.1°

       該系統是基于Leiden CF-CS81-600稀釋制冷機系統的一個插桿，插桿的直徑為81mm，attocube的mK位移臺通過一個自制的轉接片連接到插桿上，如圖1所示，位于磁場中心的樣品臺的尺寸為5mm*5mm，系統磁場強度為10T。系統的制冷功率為340μW@120mK，得益于attocube極低溫位移臺極低的發熱功率及工作時非常小的漏電流，使得旋轉臺能夠很好的在＜200mK的溫度下工作（工作參數：60V，4Hz, 300nF）。  

圖1. 實現的旋轉示意圖和ANR101裝配好的實物圖

圖2. 側視圖，電學測量的12對雙絞線從旋轉臺的中心孔穿過

圖3中是一個GaAs/AlGaAs樣品在不同角度下測試結果，每一個出現小電導率的點，代表著不同的填充因子。很好的驗證了其實驗方案的可行性和穩定性。

圖3. Shubnikov–de Haas Oscillation at T = 100 mK

參考文獻

Rev. Sci. Instrum. 90, 023905 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5083994.

發表文章

[1] P. Knüppel et al. Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime. Nature 572, 91 (2019).   

[2] C.T. Nguyen et al. An integrated nanophotonic quantum register based on silicon-vacancy spins in diamond. Phys. Rev. B 100, 165428 (2019).

[3] P. Wang et al. Piezo-driven sample rotation system with ultra-low electron temperature. Rev. Sci. Instrum. 90, 023905 (2019).  

[4] G. Chen et al. Signatures of tunable superconductivity in a trilayer graphene moiré superlattice. Nature 572, 215 (2019).  

[5] S. Guiducci et al. Full electrostatic control of quantum interference in   an extended trenched Josephson junction. Phys. Rev. B 99, 235419 (2019).

[6] S. Ravets et al. Polaron polaritons in the integer and fractional quantum Hall regimes. Phys. Rev. Lett. 120, 057401 (2018).

[7] L. Bours et al. Manipulating quantum Hall edge channels in graphene through scanning gate microscopy. Phys. Rev. B 96, 195423 (2017)

[8] K. Yasuda et al. Quantized chiral edge conduction on domain walls of a magnetic topological insulator. Science 358, 1311 (2017).

[9] A. M. Nikitin et al. Superconducting and ferromagnetic phase diagram of UCoGe probed by thermal expansion. Phys. Rev. B 95, 115151 (2017).

[10] Y. Pan et al. Rotational symmetry breaking in the topological superconductor SrxBi2Se3 probed by upper-critical field experiments. Sci. Rep. 6, 28632 (2016).

[11] G. Zhang et al. Global and local superconductivity in boron-doped granular diamond. Adv. Mater. 26, 2034, (2014).

[12] M. Timmermans et al. Observing vortex motion on NbSe2 with STM. Physica C 503, 154 (2014).

[13] M. Timmermans et al. Dynamic visualization of nanoscale vortex orbits. ACS Nano 8, 2782 (2014).

[14] M. Pelliccione et al. Design of a scanning gate microscope in a cryogen-free dilution refrigerator. Rev. Sci. Instrum. 84, 033703 (2013)

用戶單位

       attocube納米精度位移器以其穩定的性能、極高的精度和良好的用戶體驗得到了國內外眾多科學家的認可和肯定，在全球范圍內有超過了4000多位用戶。attocube公司的產品在國內也得到了低溫、超導、真空等研究領域著名科學家和研究組的歡迎......

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