隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究人員希望在低溫下進(jìn)行量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)，但卻沒有空間放置占用幾立方米寶貴實(shí)驗(yàn)室空間的大型低溫恒溫器。針對(duì)此問題，國(guó)際知名低溫顯微鏡領(lǐng)域制造商attocube systems AG公司推出了全新一代立光學(xué)低溫恒溫器attoDRY800xs。attoDRY800xs將attoDRY800的革命性概念提升到了一個(gè)新的水平，成為量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)中緊湊的平臺(tái)。該平臺(tái)可定制低溫護(hù)罩，配備您想要的光學(xué)設(shè)置，集成到光學(xué)平板中。attoDRY800xs是有史以來個(gè)立的光學(xué)低溫恒溫器，低溫樣品空間地嵌入到一個(gè)無障礙的工作空間中。
圖1. 全新一代立光學(xué)低溫恒溫器attoDRY800xs。
根據(jù)典型配置，我們?cè)O(shè)計(jì)了幾種標(biāo)準(zhǔn)真空罩和冷屏，它們?cè)诙ㄎ黄?、樣品架、工作距離和目標(biāo)方面進(jìn)行了優(yōu)化。圖2為可配置的低溫物鏡兼容真空罩，該真空罩內(nèi)可配置attocube的低溫消色差物鏡以及納米精度位移臺(tái)。如果仍然不夠，可以根據(jù)用戶的技術(shù)要求和偏好定制桌面上方的任何內(nèi)容。
圖2：低溫物鏡兼容真空罩。
盡管設(shè)計(jì)緊湊，但attoDRY800xs仍能提供出色的超低振動(dòng)性。圖3中激光干涉儀直接測(cè)量冷頭位置的振動(dòng)，垂直方向的峰間振動(dòng)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(qū)域振動(dòng)水平測(cè)試結(jié)果
緊湊的光學(xué)低溫恒溫器attoDRY800xs保留了原始attoDRY800的所有關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，例如類似的低振動(dòng)性能、通過可定制的真空護(hù)罩實(shí)現(xiàn)的多功能性，以及自動(dòng)溫度控制、氣體處理和遠(yuǎn)程控制。 因此，attoDRY800xs可以直接在其光學(xué)平板上建立一個(gè)立的實(shí)驗(yàn)，也可以將其放置在現(xiàn)有較大的光學(xué)臺(tái)附近，光學(xué)元件之間進(jìn)行光纖耦合。簡(jiǎn)而言之， attoDRY800xs為您的科學(xué)研究提供一個(gè)小型緊湊但功能依然強(qiáng)大的光學(xué)低溫平臺(tái)。
attoDRY800xs主要技術(shù)特點(diǎn)：
? 只需要17英寸x28英寸的實(shí)驗(yàn)室空間
? 光學(xué)面包架和閉式循環(huán)低溫恒溫器地結(jié)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(xué)桌的高度相同
? 自動(dòng)溫度控制
? 包含36根直流電線
attoDRY800應(yīng)用案例：
1. InGaN量子點(diǎn)作為單光子源的提升與改進(jìn)
雖然量子點(diǎn)通常被認(rèn)為是單光子源的佳候選，但它們的實(shí)際性能在很大程度上取決于化學(xué)成分。在氮化物量子點(diǎn)的特殊情況下，一方面它們即使在溫度高達(dá)350 K的情況下可以發(fā)射單光子，另一方面它們的發(fā)射會(huì)顯著加寬。為了了解優(yōu)化其性能的佳方法，Robert Taylor小組（英國(guó)牛津大學(xué)）對(duì)InGaN量子點(diǎn)的光致發(fā)光進(jìn)行了廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)在非性平面上生長(zhǎng)的量子點(diǎn)與性氮化物點(diǎn)相比，光譜擴(kuò)散率降低，壽命顯著縮短。由于在配備有ANPxyz101位移臺(tái)的attoDRY800低溫恒溫器中進(jìn)行了低溫光致發(fā)光測(cè)量，這些發(fā)現(xiàn)得以實(shí)現(xiàn)。
【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?yàn)榱孔庸鈱W(xué)實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)無障礙的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，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(tuán)隊(duì)出色地利用了這些特性，他們次在低溫環(huán)境中光學(xué)懸浮介電納米顆粒，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)其運(yùn)動(dòng)的量子控制。由于在低溫環(huán)境中抑制氣體碰撞和黑體光子發(fā)射所提供的低水平的退相干，從而允許將粒子的運(yùn)動(dòng)反饋冷卻到量子基態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了這些結(jié)果，反饋控制依賴于粒子位置的無腔光學(xué)測(cè)量，該測(cè)量接近海森堡關(guān)系的小值，在2倍以內(nèi)。此外，量子研究的重要性以及Novotny在其中的作用在ETH董事會(huì)2021年的年度報(bào)告中有所體現(xiàn)。
【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(qiáng)單光子量子密鑰分配
按下按鈕即可發(fā)射單光子的工程量子光源是量子通信協(xié)議的基本組件。為了大限度地提高量子密鑰分發(fā)的預(yù)期安全密鑰和通信距離，柏林理工大學(xué)（德國(guó)柏林）的Tobias Heindel團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一些工具，以優(yōu)化使用此類工程單光子發(fā)射器實(shí)現(xiàn)的量子密鑰分發(fā)性能。利用二維時(shí)間濾波，可以優(yōu)化預(yù)期的安全密鑰以及通信距離。該小組在一個(gè)基本的量子密鑰分發(fā)試驗(yàn)臺(tái)上完成了他們的常規(guī)工作，該試驗(yàn)臺(tái)包括一個(gè)量子點(diǎn)裝置，該裝置向一個(gè)四端口接收器發(fā)送單光子脈沖，分析飛行量子比特的化狀態(tài)。單光子源安裝在光學(xué)attoDRY800光學(xué)恒溫器的冷臺(tái)上，冷臺(tái)與光學(xué)平臺(tái)的集成為光學(xué)平臺(tái)上的冷點(diǎn)提供了簡(jiǎn)單的解決方案。該團(tuán)隊(duì)的方法進(jìn)一步證明了通過光子統(tǒng)計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)控，這是量子通信安全認(rèn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)
有效地產(chǎn)生單個(gè)、不可區(qū)分的光子對(duì)于光學(xué)量子信息處理的發(fā)展至關(guān)重要。具體而言，按需創(chuàng)建單光子的探索僅限于某些類型的源和技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Quandela公司提供光學(xué)配件和先進(jìn)的固態(tài)源設(shè)備，這些設(shè)備每秒可發(fā)射數(shù)百萬個(gè)量子純光子。將attocube的閉式循環(huán)低溫恒溫器attoDRY800與Quandela的半導(dǎo)體量子點(diǎn)發(fā)射器相結(jié)合，可為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)和協(xié)議提供可靠且易于使用的先進(jìn)固態(tài)單光子源。通過這種穩(wěn)健的設(shè)置，很容易使用單光子源按需生成零、一或兩個(gè)光子的量子疊加加速芯片多光子實(shí)驗(yàn)，并證明該技術(shù)可用于大規(guī)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(huì)影響從行星內(nèi)部的性質(zhì)到量子力學(xué)相位之間的轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。然而，在高壓實(shí)驗(yàn)裝置（如金剛石砧座單元）中產(chǎn)生的巨大應(yīng)力梯度限制了大多數(shù)常規(guī)光譜學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，由三個(gè)小組（按字母順序）立開發(fā)了一種新型納米傳感平臺(tái)：Jean-Francois Roch小組（法國(guó)巴黎大學(xué)）、Sen Yang小組（中國(guó)香港中文大學(xué)）和Norman Yao小組（美國(guó)加州大學(xué)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(cè)到了微小信號(hào)。為此，Norman Yao及其同事使用了臺(tái)式集成閉合循環(huán)attoDRY800低溫恒溫器，這是快速控制金剛石砧座溫度的理想平臺(tái)，同時(shí)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(xué)性質(zhì)
范德瓦爾斯磁性材料的發(fā)現(xiàn)引起了材料科學(xué)和自旋電子學(xué)界的大關(guān)注。制備原子厚度以下的超薄磁性層是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。納米科學(xué)中心的謝黎明研究員團(tuán)隊(duì)報(bào)道了氣相沉積的NiI2范德華晶體，在SiO2/Si襯底上生長(zhǎng)的二維NiI2薄片為5?40納米，在六角氮化硼（h-BN）上可生長(zhǎng)原子層厚度的晶體。隨溫度變化的拉曼光譜揭示了生長(zhǎng)的二維NiI2晶體中的磁性相變。該研究工作使用attoDRY800光學(xué)低溫恒溫器進(jìn)行了樣品冷卻，低溫物鏡（LT-APO/VIS/0.82）用于激光聚焦和信號(hào)采集。這項(xiàng)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(zhì)結(jié)構(gòu)中局域?qū)娱g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(zhì)可以調(diào)解它們之間的相互作用，從而產(chǎn)生光學(xué)非線性。這種單量子水平上的相互作用會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)光子排斥，對(duì)于基于光子的量子信息處理和實(shí)現(xiàn)光的強(qiáng)相互作用多體態(tài)至關(guān)重要。美國(guó)Ajit Srivastava課題組報(bào)道了異質(zhì)雙層MoSe2/WSe2中電場(chǎng)可調(diào)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(gè)局部化激子的存在將第二激發(fā)的能量增加約2?meV：大于發(fā)射線寬的一個(gè)數(shù)量，對(duì)應(yīng)于約7 nm的偶間距離。樣品被裝入閉循環(huán)低溫恒溫器attoDRY800中，課題組自制了低溫（~ 4K）顯微鏡進(jìn)行PL測(cè)量。在較高的激發(fā)功率下，多激子絡(luò)合物以較高的系統(tǒng)能量出現(xiàn)。該發(fā)現(xiàn)是朝著創(chuàng)建激子少體和多體態(tài)邁出的一步，例如范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)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(zhì)結(jié)構(gòu)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(xué)響應(yīng)并顯示出由壽命限制的光?物質(zhì)強(qiáng)相互作用。雖然各種方法已被應(yīng)用于增強(qiáng)TMD中的光激子相互作用，但所達(dá)到的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，并且尚未提供其潛在物理機(jī)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(zhì)結(jié)構(gòu)腔，它提供了在超低激發(fā)功率下觀察到的近100%激子吸收和激子復(fù)合物發(fā)射。低溫恒溫器attoDRY800為光譜吸收實(shí)驗(yàn)提供了不同的溫度條件（4K-300K）。實(shí)驗(yàn)的結(jié)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(fā)現(xiàn)，輻射、非輻射和退相衰變率之間的微妙相互作用起著至關(guān)重要的作用，并揭示了二維系統(tǒng)中激子的普遍吸收定律。此增強(qiáng)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(gè)平臺(tái)，為基于二維半導(dǎo)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(dòng)無液氦磁體與恒溫器—attoDRY系列，超低振動(dòng)是提供高分辨率與長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定光譜的關(guān)鍵因素。
相關(guān)產(chǎn)品
1、低震動(dòng)無液氦磁體與恒溫器-attoDRY
http://www.zgdxszj.com/product/2020022116.shtml
2、全新一代立光學(xué)低溫恒溫器-attoDRY800xs
