环境磁场检测与分析仪

地球周围有巨大的地磁防护罩，保护人类和其他生物免受太空射线的伤害。　　一项最新地球研究报告说，地球磁场不仅正在减弱，而且出现裂缝，因此包括人类在内的生命随时会受到高能量宇宙射线的威胁。　　据物理学网站近日报导，印度科学家使用世界最敏感、最大型的宇宙射线检测仪器于近期观察到地球磁场出现裂缝。　　科学家在《物理评论快报》(Physics Review Letter)上指出，因为地磁出现裂缝，所以日冕喷发的巨大等离子能量束冲击地球磁层，引发地磁风暴。　　地磁裂缝　　这种检测仪器为GRAPES-3 介子望远镜，位于印度乌提(Ooty)的塔塔基础研究院(TIFR)宇宙射线实验室。2015年6月22日，该实验室记录到时间长达2小时的200亿电子伏特(20GeV) 高能量太空粒子束，以每小时250万公里的速度撞击地球，造成很多距北极较近的国家地区出现无线电信号中断。　　当时，天空出现绚丽多彩的北极光。科学家说，这是因为地磁遭受那种极高速粒子的冲压而产生磁暴的结果。　　而这种磁暴的根本原因是近年强度不断减弱的磁场发生重新联接时出现一种磁场裂缝。　　报导说，地球磁场是一种人肉眼看不见的无形保护层，减少我们受宇宙射线的威胁。而这个巨大的防护罩近年来出现明显的变化，因此那些潜在的太空威胁问题变得越来越突出。　　地磁分布变化　　澳洲Science Alert科技新闻网曾于5月11日报导，科学家注意到，地球磁场保护层已经出现非常明显的变化，如地磁北极发生了偏移。　　地球磁场强度近年来一直在减弱，目前地球磁场强度以每10年下降5%的速度减弱，而且减弱速度比以前快10倍。而且地磁的分布特点出现改变，即地磁在某些地区增强，在某些地区减弱。　　欧洲空间局(ESA)在5月初布拉格召开的“生命地球研讨会”(The Living Planet Symposium )上报告，地磁北极正快速地朝向亚洲东方偏移。　　该报告指出，自1999年以来，地球磁场强度在北美上空减弱3.5%，而在亚洲增强2%。大西洋南部的南美地区，地磁强度异常减弱2%，而且近7年来其减弱趋势一直朝着西部方向发展。　　与人类未来有关　　科学家推测，地球磁场强度不断减弱的最终结果是地磁两极倒转，造成宇宙射线强烈照射地球，包括人在内的生物因此遭受毁灭性灾难。科学家估计，这种地磁倒转的灾难会每10万年发生一次。　　报导说，这种研究结果听起来很可怕。但是实际情况可能不是想像的那么糟糕。欧洲空间局地磁观测项目经理鲁尼弗莱博哈根(Rune Floberghagen)于2014年7月曾解释：“这种磁极突然倒转不是瞬间出现，而是在几千年或者几百年的时间内发生。这种现象在过去的历史发生过许多次。”　　而且2014年7月，加州大学等机构于英国皇家《国际地球物理研究杂志》(Geophysical Journal International )发表报告认为，78.6万年前的地球磁场活动曾在6000年内一直处于不稳定状态，最后在100年间发生磁场两极倒转。　　加州大学伯克利分校的研究者考特妮斯普莱恩(Courtney Sprain)说：“我们很惊讶，当时地球磁场的两极倒转速度很快。”　　科学家根据目前的地磁减弱情况推测地磁南北极会在今后几千年间突然发生倒转。　　伯克利分校的地质年代学中心主任保罗瑞尼(Paul Renne)教授表示，虽然尚不清楚将在何时突然发生下一次的地球磁场倒转，但人们需要多思考一旦发生后人类会遭受什么。

2023年5月25日，薄壁不锈钢焊缝（壁厚≤3.5mm）全壁厚穿透交流电磁场检测技术在某工程的应用申请获得了国家监管单位的正式批复，标志着中国核电工程有限公司牵头研发、国际首创的数字化无损检测技术取得重要突破。交流电磁场检测（Alternating current field measurement，简称ACFM）是一种新型表面和近表面的电磁无损检测技术，原理是激励线圈在工件中感应出均变电流，感应电流在焊接缺陷和腐蚀等位置产生扰动，利用传感器测量电场扰动引起的空间磁场畸变信号，从而实现缺陷的检测与评估。为解决工程射线检测数量多、需占用专门时间和空间窗口、辐射安全风险大的问题，中国核电工程有限公司依托自主科研，联合中国核工业二三建设有限公司、中国石油大学（华东）开展深度设计施工融合，从2021年4月起，项目团队相继实现了高灵敏度隧道磁阻检测探头、微缺陷梯度算法识别等软硬件关键技术突破，完成了检测系统集成、仿真和工艺研究、缺陷检出率分析、模拟验证和现场验证，形成了系列自主知识产权，并在积极布局海外专利、行业及国家标准。在研发的过程中，中国核电工程有限公司牵头组织了十余次的专项汇报和权威专家评审，来自中国特种设备检测研究院、中国核工业集团有限公司科技委、中国核动力研究设计院、中核武汉核电运行技术股份有限公司、国核电站运行服务技术有限公司、中广核检测技术有限公司、中核建中核燃料元件有限公司、哈尔滨焊接研究所、南昌航空大学等单位的国内行业权威专家多次对项目给予指导和建议。在工程推广的过程中,公司也组织了ACFM技术有效性第三方评估和ACFM人员专项培训和取证，监管部门和业主单位给予了大力支持。在工程实际中,中国核电工程有限公司与中核二三组织进行了近4000道焊口的局部试应用。从应用情况看，研发的ACFM技术具有不低于射线检测的检出能力，效率是RT的3倍以上、人力成本可降低70%以上，并可实现同步施工、无辐射安全风险，该良好反馈为ACFM最终全面落地打通了最后“一公里”。薄壁不锈钢焊缝全壁厚穿透交流电磁场检测技术获得国家监管单位批准，将极大推动此项技术的应用，有力地保证工程建设周期，并有可能带来核工程薄壁结构无损检测领域的一场变革。

从环境方面来讲，低温、强磁场环境是研究量子现象、超导电性、超流体行为以及凝聚态物理等众多前沿科学领域必不可少的条件，能够让物质展现出常规状态下无法观察到的独特性质，无论对于基础研究还是应用，低温、磁场都是非常重要的实验条件。从时间尺度来讲，自然物质世界的时间尺度跨越极大，范围从1018s的宇宙年龄到10-24s的核子运动特征周期，微观尺度上超快动力学过程的累积与演化决定了物质的宏观特性。随着科学研究的不断深入，对基本物理规律的研究决定了未来最前沿的技术发展。各国的科学家运用低温、强磁场、超快研究手段在二维材料、半导体、金刚石色心、量子信息等领域取得了丰硕的科研成果。然而，低温、强磁场、超快这三种技术都需要花费较大精力去实现，要将这三种实验条件同时实现则更加困难。但值得欣慰的是，这一困难将被解决。Quantum Design中国致力于解决低温、强磁场、超快等领域中繁琐的实验痛点，不断寻求探索前沿的测量技术，已为中国科研用户提供了长达20年优质的产品及服务，成为了全球诸多优质科研仪器厂家在中国的战略合作伙伴。通过整合所销售的多种科研设备，以及与国内多个知名技术团队的合作，Quantum Design中国已经可以为中国科研用户提供多种整体化解决方案。1、突破性的全共线多功能超快光谱仪全共线多功能超快光谱仪-BIGFOOT是源于美国密歇根大学的MONSTR Sense Technologies公司经过多年潜心研制的一款全新超快光谱仪，采用突破性技术，真正实现了一套设备、一束激光、多种功能。全共线多功能超快光谱仪不仅兼具共振和非共振超快光谱探测，还可以兼容瞬态吸收光谱、相干拉曼光谱、多维相干光谱探测。开创性的全共线光路设计（专利认证：No. US 11467031 B2），使其可以与该公司开发的高精度激光扫描显微镜（NESSIE）联用，实现超高分辨超快光谱显微成像。全共线多功能超快光谱仪的开发也充分考虑了用户的使用体验，系统软件可自动调控参数，光路自动对齐、无需校正等特点都使得它简单易用。目前全共线多功能超快光谱仪已经广泛应用于瞬态吸收光谱TAS、相干拉曼光谱ISRS、多维相干光谱MDCS等多个研究方向。全共线多功能超快光谱仪单层MoSe2在不同栅极电压下的单量子重相位振幅谱*1二维材料中激子相互作用和耦合的成像研究*22、创新的低温强磁场平台Quantum Design公司具有超过40年的优质低温设备生产经验，所生产的低温强磁场设备几乎遍布全球各个知名实验室。新研发的超精准全开放强磁场低温光学系统—OptiCool具有创新的设计方案。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达±7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个顶部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔。底部窗口选件可满足光路平行于磁场的透射方案。高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。该平台一经发布就受到全球科学家的广泛关注，目前该设备已经应用在低温拉曼&荧光、低温MOKE、低温超快泵浦测量、低温近场光学等多个领域。OptiCool时间分辨的MOKE测量光路示意图*33、多样化的低温平台Montana Instruments超精细多功能无液氦低温光学系统——CryoAdvanceTM该系统是采用新的性能标准和架构而生产的新一代标准化产品，可使用通用型的光学桌面进行固定，使用方便。采用减震技术和特殊温度稳定技术，在不牺牲任何便捷性的同时，为实验提供的温度稳定性和超低振动环境。如今CryoAdvance系列产品具有多种型号、配置、选件与配件可选，能够满足每个研究人员的特殊需求。超精细多功能无液氦低温光学系统超级振动稳定性：样品台振动的峰-峰值5nm，优异的温度性能：最低温度3.2K，Cool down时间＜2.5小时。光学窗口：5个光学窗口，顶部1个，侧面4个，特殊窗口可定制。电学通道：20条集成直流通道同位素碳化硅中单个核自旋的纠缠和控制*4Janis低温恒温器系列Quantum Design 的合作伙伴Lake Shore Cryotronics, Inc.在收购低温设备制造领域的领先企业Janis后可以提供更多种类的低温恒温器，以满足客户的各种低温实验需求。根据制冷方式的不同可以分为消耗制冷剂（液氦或液氮）型低温恒温器及无液氦闭循环制冷低温恒温器，最低温度至1.5 K，最高温度可至800 K，大范围的样品温度能适用于各种科研实验。根据不同需求，可以选择样品处于真空环境或交换气体环境中。 该系列恒温器以其超高的性价比，丰富的型号，已经广泛应用于全球各类型的实验室中。Janis低温恒温器系列 4、整体化的解决方案针对不同领域科研用户的具体需求，为了避免用户将大量精力花费在实验装置搭建上，整体化的实验解决方案显得尤为重要。Quantum Design中国多年来始终致力于整合优势资源为用户解决科研难题。近期针对用户在实验方面遇到的实际困难，Quantum Design中国联合多领域科学技术人员将全共线多功能超快光谱仪与超精准全开放强磁场低温光学系统以及多种低温恒温器相结合，提出了整体化的低温强磁场超快光学测量方案。该整体化测量方案的提出正式将设备供应商从提供不同厂家生产的单一实验装置，向结合全球优质科研仪器为用户提供整体化解决方案的转变。目前Quantum Design中国已经可以向国内用户提供的实验解决方案有，低温强磁场拉曼&荧光、低温强磁场MOKE&RMCD、低温强磁场二次谐波。此次推出的多功能低温强磁场超快光学测量方案为低温光学测量补上了重要一环。Quantum Design中国以遍布全球的优秀设备制造商为基础，与多个科研领域的科研技术人员密切合作，整合多方面的优质资源，全力打造的多功能低温强磁场超快光学测量系统必能在低温光学领域做出卓越的贡献，帮助中国科学家再攀高峰。超精准全开放强磁场低温光学系统部分用户发表文章1. Dapolito, M. et al., Infrared nano-imaging of Dirac magnetoexcitons in graphene. Nature Nanotechnology (2023).2. R. Xiong et al., Correlated Insulator of Excitons in WSe2/WS2 Moiré Superlattices. Science 380, 860 (2023).3. S. Xu et al., Magnetoelectric Coupling in Multiferroics Probed by Optical Second Harmonic Generation. Nat Commun 14, (2023).4. J.-X. Qiu et al., Axion Optical Induction of Antiferromagnetic Order. Nat. Mater. (2023).5. Y.-F. Zhao et al., Creation of Chiral Interface Channels for Quantized Transport in Magnetic Topological Insulator Multilayer Heterostructures. Nat Commun 14, (2023).6. J. Nelson et al., Layer-Dependent Optically Induced Spin Polarization in InSe. Phys. Rev. B 107, (2023).7. H. Padmanabhan et al., Large Exchange Coupling Between Localized Spins and Topological Bands in MnBi2Te4. Advanced Materials 34, 2202841 (2022).8. M. H. Naik et al., Intralayer charge-transfer moiré excitons in van der Waals Superlattices. Nature. 609 (2022), pp. 52–57.9. Z. Zhang et al., Correlated interlayer exciton insulator in heterostructures of monolayer WSe2 and moiré WS2/WSe2. Nat. Phys. (2022).10. G. Mayonado, et al., High-Symmetry Anthradithiophene Molecular Packing Motifs Promote Thermally Activated Singlet Fission. J. Phys. Chem. C. 126 (2022), pp. 4433–4445.11. J. Cenker et al., Reversible strain-induced magnetic phase transition in a van der Waals magnet. Nat. Nanotechnolgy 17 (2022), pp. 256–261.12. H. Padmanabhan, et al., Interlayer magnetophononic coupling in MnBi2Te4. Nat Commun. 13 (2022).13. T. Song et al., Spin photovoltaic effect in magnetic van der Waals heterostructures. Sci. Adv. 7 (2021).14. Y. Jia et al., Evidence for a monolayer excitonic insulator. Nat. Phys. 18 (2021), pp. 87–93.15. D. J. Lovinger et al., Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferrimagnetic insulator GdTiO3. Phys. Rev. B. 102 (2020). 全共线多功能超快光谱仪部分用户发表文章1. T. L. Purz et al., Coherent exciton-exciton interactions and exciton dynamics in a MoSe2/WSe2 heterostructure. Physical Review B 104, (2021).2. E. W. Martin et al., Encapsulation Narrows and Preserves the Excitonic Homogeneous Linewidth of Exfoliated Monolayer MoSe2. Physical Review Applied 14, (2020).3. K. M. Bates et al., Using silicon-vacancy centers in diamond to probe the full strain tensor. Journal of Applied Physics 130, 024301 (2021).4. C. L. Smallwood et al., Hidden Silicon-Vacancy Centers in Diamond. Phys Rev Lett 126, 213601 (2021).5. E. W. Martin, S. T. Cundiff, Inducing coherent quantum dot interactions. Physical Review B 97, (2018).6. T. M. Autry et al., Excitation Ladder of Cavity Polaritons. Phys Rev Lett 125, 067403 (2020).7. T. L. Purz et al., Imaging dynamic exciton interactions and coupling in transition metal dichalcogenides. J Chem Phys 156, 214704 (2022).8. T. L. Purz, B. T. Hipsley, E. W. Martin, R. Ulbricht, S. T. Cundiff, Rapid multiplex ultrafast nonlinear microscopy for material characterization. Optics Express 30, 45008 (2022).【参考文献】*1. Di HUANG, et al Quantum Dynamics of Attractive and Repulsive Polarons in a Doped MoSe2 Monolayer, PHYSICAL REVIEW X 13, 011029 (2023)*2. Eric Martin, et al Imaging dynamic exciton interactions and coupling in transition metal dichalcogenides, J. Chem. Phys. 156, 214704 (2022)*3. D. J. Lovinger et al., Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferrimagnetic insulator GdTiO3. Phys. Rev. B. 102 (2020)*4. Alexandre Bourassa et al, Entanglement and control of single nuclear spins in isotopically engineered silicon carbide, Nature Materials 19, 1319–1325(2020)