磁强仪

首次在石墨烯中观测到陈氏绝缘体行为近日，加州大学伯克利分校陈国瑞博士、王枫教授与复旦大学张远波教授及斯坦福大学David Goldhaber-Gordon教授合作在Nature上发表题为“Tunable correlated Chern insulator and ferromagnetism in a moiré superlattice”的研究论文【1】。据陈国瑞博士介绍：“我们的发现表明，石墨烯是物理研究的理想平台，从单粒子物理到强关联物理，从超导到现在的拓扑物理在二维材料中的量子效应。令人兴奋的是，我们现在可以在一个只有百万分之一毫米厚的微小器件中探索新的物理现象。迄今为止，在同一个器件中能通过调控分别出现超导、绝缘和磁性的材料体系非常罕见。大多数人认为石墨烯很难产生磁性，因为碳材料通常不具有磁性，而这项研究成果的亮点之一就是第一次将这三种性质结合在一个器件中。如今电子产品中使用的磁性材料是由铁磁性金属制成的，如铁或钴合金。然而，组成石墨烯的不是磁性金属元素，而是碳，所以在石墨烯里面产生磁性很难。这次陈国瑞博士等人想出了一个创造性的解决办法：当夹在二维氮化硼之间时，石墨烯（三层石墨烯）就会形成一个称为Moiré超晶格的结构（图一）。这时通过在石墨烯器件的栅极上施加电压，垂直方向的电场会促使器件中的电子沿着同一方向旋转，将石墨烯器件变为了一个铁磁系统。图一左图：ABC三层石墨烯Moire超晶格样品及器件结构。右图：在极低温下T=0.06K，观测到v=2量子化平台。与此伴随的是另一重要的新特性：石墨烯系统的内部不仅变得有磁性，而且还变得绝缘，同时它的边缘变成了一个零电阻的电流通道。研究人员说，这是一种被称为陈氏绝缘体（Chern insulator）的罕见绝缘体。量子计算近些年十分热门，其数据便是存储在量子比特中，一个量子位可以表示一个1，一个0，或者它同时是一个1和一个0的状态。陈氏绝缘体的研究一直是拓扑量子计算领域的研究热点，同时也为量子计算中操纵信息提供了潜在的新方法。更令人惊讶的是，麻省理工学院的合作者Zhang Ya-Hui的计算结果显示，由于三层石墨烯中电子与电子之间的强相互作用，石墨烯器件的导电边缘态不仅仅只有一个，而且有两个，这是人们首次实验观测到“高阶陈氏绝缘体”（图二）。图二：石墨烯的磁性和C=2 反常量子霍尔效应陈国瑞博士希望可以用他们的石墨烯器件进行更多的实验研究，以便更好地了解陈氏绝缘体/磁性是如何产生的，以及其异常特性背后的机理【2】。先前的研究在石墨烯中调控出了超导态和Mott绝缘态【3】【4】，其中有一部分三层石墨烯的Mott绝缘态和超导态工作也是陈国瑞博士完成的【5】【6】。陈国瑞博士是牛津仪器上海低温强磁实验室的用户。他向我们讲述了该研究背后的故事。2019年春节前，为了研究三层石墨烯Moire超晶格样品的反常量子霍尔效应，需要首先研究其在低温强磁场中的性质。作为牛津仪器资深用户，陈博士首先联系了牛津仪器上海低温强磁实验室，提出希望利用牛津仪器TeslatronPT无液氦超导磁体系统进行初步测量。经过多日连续测试，终于得到了初步实验结果。如下是采得的数据，在1.5K温度下，2T磁场的时候已经初步看到v=2量子化平台出现（图三），预示着很可能有新的结果，于是陈博士立刻联系了国外的合作者进行了更低温度的测量，最终得到了令人满意的结果。图三：T=1.5K时看到半整数量子化平台迹象牛津仪器很高兴能为该研究提供支持。来自伯克利实验室、加州大学伯克利分校、斯坦福大学、SLAC国家加速器实验室、麻省理工学院、上海交通大学、人工微结构协同创新中心、复旦大学、日本国家材料科学研究所的研究人员参加了这项工作。图四：陈国瑞博士（左三）等用户和 牛津仪器工作人员合影参考文献/链接：1. Nature 579, 56–61 (2020)2. https://newscenter.lbl.gov/2020/03/04/2d-material-gets-a-new-gig/3. Nature 556, 80–84(2018)4. Nature 556, 43–50(2018)5. Nature Physics 15, 237–241 (2019)6. Nature 572, 215–219 (2019)

电子顺磁共振 (Electron Paramagnetic Resonance，EPR) 波谱技术是一种研究含有未成对电子物质的结构，动力学以及空间分布的谱学方法，能够提供原位和无损的电子自旋、轨道和原子核等微观尺度的信息，在物理、化学、生物、地质、考古、材料科学、医药科学和工业等重要领域具有广泛的应用。长期以来，我国的高端波谱仪器一直被国外企业垄断，波谱仪器大量依赖进口。但近年来，国产波谱仪器发展迅猛，一批优秀的国内波谱仪器企业逐步发展起来，国产波谱仪器也逐渐在市场中有了“一席之地”。国仪量子(合肥)技术有限公司（以下简称“国仪量子”）就是其中具有代表性的企业之一。国仪量子创立于2016年，源于中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室，该实验室在高端科学仪器、关键核心器件的研制领域深耕十余年，多项技术、研究成果突破国际封锁和禁运。2018年10月，国仪量子发布国内首台脉冲式电子顺磁共振波谱仪EPR100，填补了国内空白；2020年10月，国仪量子又发布了X波段电子顺磁共振波谱仪EPR200-Plus、台式电子顺磁共振波谱仪EPR200M、W波段电子顺磁共振波谱仪EPR-W900，三款产品均为中国首台商用，成为国内电子顺磁共振领域的又一重大突破。近日，2021年度北京波谱年会在北京召开，国仪量子携EPR200-Plus、EPR200M、EPR100和ODMR（量子钻石单自旋谱仪）等产品设备及相关解决方案在年会中亮相，该公司磁共振事业部总经理许克标博士带来了主题为《国仪量子顺磁共振波谱仪最新进展》的报告，国仪量子CEO贺羽参加了“波谱当自强—嘉宾面对面”研讨会环节，为到场观众展示了国产电子顺磁产品的发展。借此机会，仪器信息网特别采访到国仪量子营销中心副总经理付永强，请他为我们谈谈国产顺磁产品的技术进展、市场情况以及应该如何解决国产仪器的“卡脖子”问题，并分享国仪量子研发电子顺磁相关仪器背后的故事。以下为详细视频：在采访中，付永强表示，电子顺磁仪器的技术发展主要集中在三个方向：其一是更高灵敏度和更高的信噪比；其二是更高的波段，可以找到更敏锐的信号；其三是仪器自动化，降低使用门槛，让顺磁技术可以在更多的领域应用。同时，付永强也提到，电子顺磁共振波谱仪在国内的市场的增量虽然没有核磁共振波谱仪大，仅占核磁共振波谱仪每年增量的1/10至1/8，但电子顺磁共振波谱仪具有独特的技术优势，随着近些年纳米技术、生物单分子技术的发展，顺磁仪器将迎来新的机遇。

成果名称振动样品磁强计(MG VSM-150)单位名称北京科大分析检验中心有限公司联系人王立锦联系邮箱13260325821@163.com成果成熟度□研发阶段 □原理样机 □通过小试 &radic 通过中试 &radic 可以量产合作方式□技术转让 &radic 技术入股 &radic 合作开发 □其他成果简介：本仪器可用于检测各类物质（材料）内禀磁特性，如磁化强度Ms(&sigma s)、居里温度Tc、矫顽力Hc、剩磁Mr等。可间接得出其他的有关技术磁参量，如Bs、Br 、(BH)max和磁导率（包括初始磁导率）等。能绘制磁滞回线、起始磁化曲线、退磁曲线、热磁曲线等。测量样品可为粉末、颗粒、薄膜、液体、块状等磁性材料。仪器采用进口数字锁相放大器SR830和6 1/2数字多用表34401A采集磁矩和磁场或温度数据，大大提高了仪器的测量精度和稳定性。可原位测量磁性材料从液氮温区到500℃温区的磁性能随温度的变化曲线。主要技术指标:一、仪器锁相放大灵敏度2nV到1V有27档选择，时间常数从10&mu s到30s有14档选择。二、仪器磁矩测量范围10-3emu&mdash 100emu，最高灵敏度优于5× 10-5emu。三、相对精度优于± 1% （量程10emu时），重复性优于± 1% （量程30emu时）。四、磁场强度变化范围：0~1.5T之间 ，步进精度1 Oe（小场时）五、稳定性（量程10emu时）：预热1小时，连续24小时工作优于1%。六、温度范围：液氮温区到500摄氏度连续变化（用户可选购）。应用前景：本仪器可用于金属、合金及半导体材料的电阻变温测量。适合于高校科研院所科研测试及开设专业实验。目前该仪器已经应用在北京科技大学材料学院及哈尔滨工业大学深圳研究生院的研究生实验教学及课题组科研测量中，取得良好的成效。知识产权及项目获奖情况：本仪器又有完全自主知识产权和核心技术，曾在全国高校自制实验仪器设备评选活动中获得优秀奖。