带热盖循环干式恒温器

文章名称：Imaging the Meissner effect in hydride superconductors using quantum sensors期刊：Nature IF 64.8文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07026-7 压力的存在能够直接改变微观相互作用，为凝聚相和地球物理现象的探索提供一个强大的调谐旋钮。兆巴(1 Mbar=100 GPa)压力区域的研究极具前沿代表，科学家们可在该压力区域研究高温超导材料的结构与相变。然而，在该高压环境中，许多传统的测量技术都失败了。针对此问题，美伯克利大学的N.Y.Yao教授团队利用干式封闭循环桌面式光学低温恒温器（attocube attoDRY800）突破性的在兆巴压力下以亚微米空间分辨率对金刚石砧单元内局部实现磁力测量的能力。相关研究内容以《Imaging the Meissner effect in hydride superconductors using quantum sensors》为题，在国际SCI期刊《Nature》上发表。该课题组将浅层氮空位色心直接植入铁砧中（见图1），选择与氮空位色心固有对称性相兼容的晶体切割，以实现在兆巴压力下的功能。文章中对最近发现的氢化物超导体CeH9进行了表征。通过同时进行磁学测量和电输运测量，观察到超导性的双重特征：迈斯纳效应的抗磁特性和电阻急剧下降到接近于零。通过局部映射抗磁响应和通量捕获，直接对超导区域的几何形状进行成像，在微米尺度上显示出明显的不均匀性（见图2d)。图1：兆巴压力下的NV色心传感测量。1a为样品加载示意图显示CeH9在两个相对的砧之间压缩。图2：CeH9的局部抗磁性。2a，2b: 同一个样品中两个不同位置处，在零场冷却到温度T Tc时收集的ODMR光谱。2c: 样品S2的共聚焦荧光图像。2d：通过在不同的空间点进行ODMR光谱测量，可以确定一个约10 μm的局部抗磁性的子区域（用d中的虚线表示）。利用这个信号可以识别CeH9已经成功合成的区域。 值得指出的是，该团队利用干式封闭循环桌面式光学低温恒温器（attocube attoDRY800）搭载实验所需的共聚焦荧光显微镜对NV色心进行了测量，见图3。该研究工作将量子传感带到兆巴边界，并使超氢化物材料合成的闭环优化成为可能。 图3：本实验的设备硬件与校正。3a: 用于产生磁场的设备包括一个定制的电磁铁，位于低温恒温器的电磁屏蔽外。3b：在样品S1的四个位置的不同冷却条件下的校准。3c: 样品S1的共聚焦荧光图像。3d: 在桌面式光学低温恒温器attoDRY800真空罩内部的图像显示DAC，冷指和热连接。 attoDRY800桌面式光学低温恒温器（见图4）是由德国attocube公司研发的一款干式闭循环低温恒温器，光学平台与系统冷头高度耦合，系统可提供4K到室温的变温环境。设备具有极低的震动噪音，已在国内外课题组广泛应用于量子通信、量子点发光、半导体材料、二维材料等研究领域。根据典型实验所需，该产品设计了几种标准真空罩方便用户进行拉曼、荧光等常见的测量手段对材料进行光-电-磁物理性质的变温测量。图4. attoDRY800桌面式光学低温恒温器- 可以选配低温物镜，低温位移台以及其他定制配置。 attoDRY800桌面式光学低温恒温器已经在北京大学，半导体所，国家纳米科学中心等单位顺利运行，持续助力各个课题组的科研工作。图5为常见的的低温物镜兼容真空罩，该真空罩内可配置attocube特有的低温消色差物镜以及纳米精度位移台。如果实验（例如光纤量子通信与open cavity等实验）需要更复杂的实验设计，我们可以根据用户的技术要求和偏好定制桌面上的真空罩。图5：常见配置-低温物镜兼容真空罩。 attoDRY800主要技术特点：☛ 光学平台和闭式循环低温恒温器完美地结合在一起☛ 提供无光学平台配置：全新一代独立光学低温恒温器attoDRY800xs☛ 宽温度范围（3.8 K…300 K），自动温度控制☛ 用户友好、多功能、模块化☛ 与低温消色差物镜兼容，数值孔径大于0.8☛ 可定制真空罩，标准样品空间：75mm直径。☛ 与典型光学桌的高度相同☛ 包含36根直流电线图6：全新一代独立光学低温恒温器attoDRY800xs- 冷头与光学面包板高度集成。 attoDRY800桌面式光学低温恒温器 部分发表文献：[1]. N.Y.Yao et al. Imaging the Meissner effect in hydride superconductors using quantum sensors. Nature 627, 73–79 (2024)[2]. Liying Jiao et al. 2D Air-Stable Nonlayered Ferrimagnetic FeCr2S4 Crystals Synthesized via Chemical Vapor Deposition. Advanced Materials 2024[3]. Yohannes Abate et al. Sulfur Vacancy Related Optical Transitions in Graded Alloys of MoxW1-xS2 Monolayers. Adv. Optical Mater. 2024, 2302326[4]. Pablo P. Boix et al. Perovskite Thin Single Crystal for a High Performance and Long Endurance Memristor. Adv. Electron. Mater. 2024, 2300475[5]. Mauro Valeri et al. Generation and characterization of polarization-entangled states using quantum dot single-photon sources. 2024 Quantum Sci. Technol. 9 025002[6]. Ajit Srivastava, et al Quadrupolar–dipolar excitonic transition in a tunnel-coupled van der Waals heterotrilayer. Nature Materials 22, 1478–1484 (2023)[7]. Hanlin Fang et al. Localization and interaction of interlayer excitons in MoSe2/WSe2 heterobilayers. Nature Communications 14 : 6910 (2023) [8]. S. Kolkowitz et al. Temperature-Dependent Spin-Lattice Relaxation of the Nitrogen-Vacancy Spin Triplet in Diamond, Phys. Rev. Lett. 130, 256903,2023[9]. Yunan GAO, et al. Bright and Dark Quadrupolar Excitons in the WSe2/MoSe2/WSe2 Heterotrilayer. Phys. Rev. Lett. 131, 186901,2023[10]. Tim Schrö der, et al. Optically Coherent Nitrogen-Vacancy Defect Centers in Diamond Nanostructures. Phys. Rev. X 13, 011042 , 2023 attoDRY800桌面式光学低温恒温器 部分国内用户单位：相关产品1、低震动无液氦磁体与恒温器-attoDRYhttps://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C377018.htm

为了更好地服务国内用户，提供种类更加多样化的低温光学设备以满足国内用户的不同用途和不同的预算。Quantum Design中国子公司与知名的低温设备制造商Lake Shore Cryotronics, Ltd.合作，正式成为其在中国的独家经销商，并于2024年起在国内提供包括Janis恒温器在内的全部Lake Shore相关产品。继Montana Instruments 低温光学系统、OptiCool强磁场低温光学系统后低温光系统再次增加新成员，可以为不同需求用户提供一站式解决方案。型号丰富的Janis低温系统☛ Infinite Helium智能氦液化器Infinite Helium是一款全新的氦液化器，可以将目前各种湿式设备挥发的氦气进行液化并循环利用，采用全新的智能型设计方案，可以满足不同的制冷功率需要，配合湿式低温恒温器使用可以实现闭循环、低振动解决方案，可以兼容其他制造商的多种湿式低温设备。尤其是目前需要超低振动环境的低温设备面临着不能直接安装制冷机升级，而传统的氦液化器对氦气的回收率不高的困境。Infinite Helium的诞生可以有效解决此类问题，可以令湿式设备在高效率闭循环的工作下而不影响任何设备性能。新型的设计方案通过智能触屏即可实现对设备的全面控制。Infinite Helium智能氦液化器 ☛ CCS干式低温恒温器系统CCS干式系列低温恒温器是一款可提供1.5 K、4 K、10 K不同极限低温的系统。该系列恒温器采用制冷机制冷，无需消耗液氦或液氮，操作简单且后期使用成本低，是低温实验的理想选择。根据不同的实验需求，该系列恒温器涵盖了通用型低温恒温器、光学恒温器、低振动光学恒温器，顶部插杆式恒温器、穆斯堡尔谱用恒温器，可为样品提供超高真空、真空或者低温氦气环境。CCS干式低温恒温器系列 ☛ ST、STVP、SVT系列连续流液氦&液氮低温恒温器Janis可提供一系列连续流低温恒温器，温度可低于2 K，高至800 K。根据不同实验需求，可以选择样品处于真空环境或交换气体环境中。可选用顶部插杆式装样和底部装样等方式满足多种光学测量和电学测量的需求。ST-500 与ST-100连续流液氦恒温器☛ VPF、VNF系列连续流液氮低温恒温器VPF系列低温恒温器采用液氮冷却，可提供最高500K、800 K高温环境，样品处于真空中。VPF系统使用和重新填充液氮十分简单，利用重新填充式置换器组件，能够在不影响受控温度的情况下，重新填充LN2储罐。VNF系列低温恒温器中样品处于流动的氮气环境，非常适合不容易固定或者导热较差的样品。该系列恒温器采用顶部装载样品（Top-loading）的方式，允许快速更换样品。VPF-100与VNF100连续流液氮低温恒温器 ☛ RGC系列液氦闭循环系统该系统是一款专门为液氦设备研发的氦气闭循环制冷机，可以使各种湿式恒温器实现闭循环工作，从而节省高昂的液氦费用。设备配合湿式低温恒温器使用可以实现闭循环、低振动的解决方案。此闭循环系统可以兼容其他制造商的多种湿式低温恒温器。RGC氦气闭循环系统与湿式恒温器组成的闭循环恒温器 Montana Instrument超精细多功能无液氦低温光学系统超精细多功能无液氦低温光学系统——CryoAdvance是一款采用新的性能标准和架构而生产的新一代低温光学系统。设备使用简便，可以直接固定在通用型的光学桌面上。减震技术和特殊温度稳定技术的结合，可保证在不牺牲任何便捷性的同时，为实验提供温度稳定性和超低震动环境。CryoAdvance全系列产品都具有超低振动的特点，提供多种配置可选，能够满足每个研究人员对高精度低温光学测量的特殊需求。☛ 标准型超低振动低温光学系统该系统为全干式系统，无需消耗氦气或液氦，可降低实验成本。超低温度波动和纳米级的震动可为各种测量提供稳定的实验环境。 超大温区（3.2K - 350K）与超快的变温速度可提高实验效率。 桌面式设计方案，方便移动，无缝衔接现有的室温实验方案。全自动、优化的温度控制：简单设定目标温度，一键Cooldown。超精细多功能无液氦低温光学系统——CryoAdvance☛ 物镜/磁体集成式超低振动低温光学系统CRYO-OPTIC系统将光学物镜集成到低温系统的样品腔中，在低温下实现超稳定、高质量的大数值孔径成像。CRYO-OPTIC系统的设计消除了在低温设备中使用高倍物镜时所面临的对准和漂移问题。系统对配件和选件具有良好兼容性，允许用户自定义设备的具体配置以满足特殊的实验需求。MAGNETO-OPTIC直接将磁体集成到低温样品腔中。这一附加模块不影响系统本身的稳定性，磁体系统具有完全自动化的控制系统。系统可兼容多种选件和配件，包括内置压电位移器，快速变温样品台等。用户可选择不同配置以满足个性化的实验需求。此外CryoAdvance还可以与穆斯堡尔谱、FMR、MOKE等多种设备配合实现对应的变温测量方案。CRYO-OPTIC、MAGNETO-OPTIC与变温穆斯堡尔谱系统Quantum Design 强磁场低温光学平台超精准全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCoolOptiCool是Quantum Design研发推出的全干式超精准全开放强磁场低温光学研究平台。启动和运行只需少量氦气。全自动软件控制实现一键变温、一键变场。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，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。新型磁体结合了超大均匀区与超大数值孔径。OptiCool让低温光学实验无限可能。超精准全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCoolQuantum Design 作为低温测量领域的知名设备供应商，与众多世界优质厂商深入合作，全力支持科研工作者在低温领域的各项实验。其为全球客户提供的OptiCool强磁场低温光学系统、Montana Instruments低温光学系统已广泛应用于全球众多高校和实验室，每年助力用户发表百余篇高水平学术论文。从二维材料到光学微腔、量子点荧光到超快光谱、再到原子钟等领域的重大开创性工作，都是这些高性能低温光学设备发展史上的里程碑。我们相信随着Janis低温系列产品的加入，Quantum Design中国将进一步壮大其在低温领域的产品线，为科学研究提供更多元化、更具创新的设备和解决方案，持续推动低温相关领域的探索和发展。

光学检测磁共振（ODMR）因使用具有高灵敏度和超小型传感器的氮空位色心（NV中心）技术来探测样品的磁学性质而受到广泛关注。这种原子大小的NV中心具有自旋依赖的光致发光特性，可以用作良好控制的单光子源。其超长的自旋相干时间可转化为超过nT范围的超高磁灵敏度。作为扫描探针显微镜的商业供应商，attocube公司为ODMR研究提供理想的平台进行了努力，为了将NV中心的突出特性用于磁成像，使用了AFM（控制传感器相对于样品表面的位置）和共焦显微镜（在反射模式下提供光学自旋状态制备和读出）的组合。随后可以通过NV缺陷自旋子能级的塞曼位移测量局部磁场，该塞曼位移与顶端遇到的局部磁场成正比。　　光学检测磁共振（ODMR）通常使用两套xyz定位器进行粗略定位，允许在几毫米的范围内独立定位样品和AFM顶端。通常，承载NV色心作为传感器的AFM探针准确定位在高NA物镜的焦斑中，然后在NV色心传感器下方扫描样品。　　attoDRY2100是闭循环低温恒温器系列中的佼佼者，可提供1.65 K的连续基础温度、1.65至300 K的自动温度和磁场控制，以及定制化的超导磁体。它甚至可以在300 K下产生全磁场，具有优异的温度稳定性，并且可以在不需要处理液氦的情况下对样品进行场冷却。因此，它是任何低温实验的优先选择，无论是磁输运测量、共焦显微镜和光谱学或扫描探针显微镜。而attoDRY2200低震动无液氦磁体与恒温器使得基于NV色心技术的光学检测磁共振（ODMR）成像测量在闭循环低温恒温器内进行高空间分辨率成像成为可能。attoDRY22‍‍00助力NV色心研究案例：1. 量子传感器磁成‍‍像　　范德华材料（vdWM）作为设计理想材料性能的合适场所，近年来受到了广泛关注。由于潜在的自旋电子学应用，磁性范德华材料特别有吸引力。Jörg Wrachtrup（德国斯图加特大学）小组通过低温氮空位（NV）磁强计研究了原子薄的CrBr3中作为磁场函数的畴壁动力学。通过使用量子传感器（NV中心）实现这种相当新的扫描技术，达到纳米级的空间分辨率，从而识别钉扎中心，并定量测定了CrBr3中的磁化强度。该团队的结果是在attocube公司的低温恒温器中的attoAFM/CFM显微镜的帮助下获得的。该工作证明，扫描NV磁强计是探索2D磁体的一个优异工具。　　【参考】Q.-C. Sun et al., Magnetic domains and domain wall pinning in atomically thin CrBr3revealed by nanoscale imaging. Nature Commun.12, 1989 (2021)‍‍‍‍‍‍‍2. 超导穹顶内量子相变的探测‍‍‍‍‍‍‍‍　　非常规超导体（UCS）一直是物理学家们关注的焦点，他们希望利用高温超导，为未来更经济、可持续的能源利用铺平道路。阐明反铁磁量子相变（QPT）和超导态之间的相互作用对于理解UCS至关重要。在实验上，这种相互作用通常从正常状态侧进行探测。Ruslan Prozorov团队（美国艾姆斯实验室）通过测量一类铁氰化物的伦敦穿透深度λ，从超导侧对其进行了探测，方法是在attocube公司低温恒温器中使用attoAFM/CFM进行NV磁测量。他们的结果显示，λ的峰值与QPT一致，该结果出乎意料地表明，无论无序程度如何，铁氰化物中普遍存在QPT。　　【参考】K.R. Joshi et al., Quantum phase transition inside the superconducting dome of Ba(Fe1−xCox)2As2from diamond-based optical magnetometry. New J. Phys.22, 053037 (2020)3. 扫描氮空位磁强计研究范德瓦尔斯磁体　　范德瓦尔斯材料（vdWM）在过去几年中吸引了大量注意力，因为在设计所需性能方面，它们已被证明是有益的。然而，在vdWM中，缺乏磁性材料，这在技术上可能对数据存储或传感器有用。三碘化铬（CrI3）是一种罕见的具有本征磁性的vdWM。巴塞尔大学（瑞士）帕特里克马列廷斯基的量子传感小组在理解其性质方面取得了突破：使用扫描氮空位磁强计（NVM），他们确定了CrI3单层的磁化强度为≈ 16 µB/nm2。此外，作者测量了具有奇数层的多层中的可比磁化值，而具有偶数层的层中没有磁化，这归因于单个铁磁层的反铁磁耦合。该工作的结果是在attocube公司低温恒温器中的attoAFM/CFM显微镜的帮助下获得的。范德瓦尔斯磁体的定量研究是探索这类新型纳米磁体应用潜力的先决条件，NVM为其提供了很好的工具。　　【参考】L. Thiel et al. Probing magnetism in 2D materials at the nanoscale with single-spin microscopy. Science,364, 6444, 973-97 (2019)4. 超导体的定量纳米尺度涡旋成像　　通过非侵入性工具，可以在大范围温度和高磁场下以纳米分辨率进行定量成像，从而大大有助于理解超导的微观机制。基于attoAFM/CFM，Patrick Maletinsky小组（巴塞尔大学）报告了使用NV中心磁强计的低温测量。该团队的技术允许以高灵敏度和空间分辨率提取YBCO中单个超导涡流的局部磁场的定量数据。通过确定局部伦敦穿透深度，作者发现所谓的珍珠涡模型比标准单极模型更好地解释了数据，并允许拟合其他参数。该实验是一个令人印象深刻的例子，说明了基于NV中心的磁力测量工具的实际应用已经发展到了很重要的程度。　　【参考】L. Thiel et al., Quantitative nanoscale vortex imaging using a cryogenic quantum magnetometer. Nature Nanotechnology11, 677-681 (2016).5. NV色心显微镜对畴壁跳跃的纳米尺度成像和控制　　磁线中的畴壁可能被证明对未来的自旋电子学器件有用，因此它们的纳米尺度表征是实现实际应用的重要步骤。正如Vincent Jaques团队在《科学》杂志上所展示的，他们基于attoAFM/CFM的NV中心显微镜允许以高分辨率对1 nm厚的铁磁纳米线中的畴壁成像，并在单个畴壁的钉扎位置之间跳跃。同时，他们表明，由于高局部激光功率，通过局部加热诱导跳跃，畴壁可以沿着导线移动。由于畴壁由近的钉扎位点钉扎，这允许非常有效地探测和成像样品的钉扎景观。　　【参考】Tetienne et al ., Nanoscale imaging and control of domain-wall hopping with a nitrogen-vacancy center microscope. Science344, 1366(2014)attoDRY2200低温恒温器以及可选显微镜主要技术特点：　　☛ 温度范围：1.8K ..300 K　　☛ 磁场范围：0...9T (取决于磁体, 可选12T，9T-3T矢量磁体等)　　☛ Z方向振动噪音：AFM噪音 (工作带宽=195Hz) 100pm　　☛ 可选显微镜：AFM/CFM(NV色心研究），AFM（接触式与非接触式）, CFM　　☛ 样品定位范围：5×5×4.8 mm3　　☛ 扫描范围: 50×50 μm2@300 K, 30×30 μm2@4 K 　　☛ 商业化探针　　☛ 可升级 MFM，PFM, ct-AFM, cryoRAMAN, atto3DR等功能相关产品：　　1、低震动无液氦磁体与恒温器-attoDRY https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C377018.htm