石墨烯中Dirac磁激子的紅外納米成像的核心——attocube低溫納米位移臺

研究動態(tài)：

磁場對量子材料中電子的運(yùn)動有著深遠(yuǎn)的影響。強(qiáng)磁場下的二維電子系統(tǒng)具有量子化的霍爾電導(dǎo)率、手性邊緣電流的集合模式，被稱為磁等離子體和磁激子。到目前為止，在電中性樣品中產(chǎn)生這些集合模式并以其固有的納米長度尺度對其進(jìn)行成像仍挑戰(zhàn)性。

近日，美國紐約州立石溪大學(xué)(Stony-Brook University) Michael Dapolito，Xu Du & Mengkun Liu等，在Nature Nanotechnology上發(fā)文，報(bào)道了在自然長度尺度上，實(shí)驗(yàn)觀測到了傳播的磁激子極化激元，并報(bào)道了它們在近電中性石墨烯中的磁場可調(diào)色散。并對這些集體模式及其相關(guān)的納米電光響應(yīng)進(jìn)行成像。

研究進(jìn)展：

本文在低溫近場光學(xué)顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新性。在高達(dá)7T磁場以及納米尺度下，成功觀測到了二維材料的近場響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對磁極化子的探索和調(diào)控。圖1（a）展示的是實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，該裝置內(nèi)置于一個可以提供低溫和強(qiáng)磁場的系統(tǒng)中（OPTICOOL, QUANTUM DESIGN），能夠同時進(jìn)行近場散射振幅（S）和光電流（I）的測試。在本成果中，AFM Probe被固定在一組可在xyz方向上實(shí)現(xiàn)5 mm精確位移的納米位移臺上，其實(shí)現(xiàn)的精確定位及與激光的精確耦合是測試的核心與關(guān)鍵。這種精確位移得益于德國attocube 公司提供的納米級精度位移的納米位移臺（ANP101，attocube systems AG），其可在低溫和強(qiáng)磁場環(huán)境中提供納米級精度位移。隨后，在近電荷中性石墨烯中，展示了在場調(diào)諧0→1朗道能級Landau levels、 LL躍遷區(qū)域的納米紅外圖像（下圖2）。圖3結(jié)果展示了不同磁場大小下狄拉克磁激子DiMEs的測量結(jié)果。圖4則展示了依賴于磁場的狄拉克磁激子DiMEs色散關(guān)系的結(jié)果。

圖1:要200K溫度時，六方氮化硼hexagonal boron nitride，hBN封裝石墨烯后，磁場相關(guān)掃描近場光學(xué)顯微鏡magneto scanning near-field optical microscope，m-SNOM，以及近場光電流狄拉克磁激子Dirac magnetoexcitons，DiME測量

圖2:在近電荷中性石墨烯中，在場調(diào)諧0→1朗道能級Landau levels，LL躍遷區(qū)域的納米紅外圖像。

圖3:狄拉克磁激子DiMEs的磁場調(diào)諧。

圖4:依賴于磁場的狄拉克磁激子DiMEs色散。

Attocube 低溫納米位移臺

attocube公司生產(chǎn)的位移器設(shè)計(jì)緊湊，體積小巧，種類包括線性XYZ線性位移器、大角度傾角位移器、360度旋轉(zhuǎn)位移器和掃描器，并以穩(wěn)定而優(yōu)異的性能，原子級定位精度，納米位移步長和厘米級位移范圍受到科學(xué)家的肯定和贊譽(yù)。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于普通大氣境中，包括超高真空環(huán)境(5E-11mbar)、極低溫環(huán)境（10 mK）和強(qiáng)磁場中（31 T）。

 圖5 attocube低溫強(qiáng)磁場位移器，掃描器

attocube低溫位移臺技術(shù)特點(diǎn)如下：

參考文獻(xiàn)：

[1]. Dapolito, M., Tsuneto, M., Zheng, W. et al. Infrared nano-imaging of Dirac magnetoexcitons in graphene. Nat. Nanotechnol. (2023).

https://doi.org/10.1038/s41565-023-01488-y

https://www.nature。。ｃｏｍ/articles/s41565-023-01488-y