揭秘低维量子材料研究利器：无液氦低温强磁场CFM/AFM/Raman显微镜

单光子是应用于光子量子信息的重要资源。迄今为止探索的许多量子发射器平台中，新兴的二维材料系统有可能成为工程量子光源的低成本和可扩展平台。

近期，Tobias Heindel小组（德国柏林理工大学）与Christian Schneider小组（德国卡尔·冯·奥西茨基大学）合作发表了一项研究，该研究对基于WSe₂单层的单光子源在量子安全通信中的部署进行了基准测试。在他们的量子密钥分布实验中，全自动操控的attoDRY800桌面式光学低温恒温系统为原子层薄的量子光源低温操作提供了一个可靠的平台。研究发现二维材料适用于量子密钥分发，其性能很容易与其他材料平台竞争^[1]。

图1 ：WSe₂单光子源与以前的量子密钥分布实验结果对比。黑色曲线（实线）显示基于WSe₂的源通过时间滤波进行优化的情况下的预期性能。

多铁性材料中铁磁性和铁电有序的共存使这些材料有望成为下一代存储器件的候选材料。由多个中国课题组合作研究了范德华（vdW）多铁性CuCrP₂S₆材料，并在其中发现了具有相同易轴的平面内电各向异性和磁各向异性。中国人民大学的程志海教授课题组利用attoDRY2100全自动低震动无液氦磁体系统内部具有压电响应显微镜（PFM）的attoAFM I显微镜进行了PFM测量，表明平面外电偶极子来源于反铁电畴壁。研究发现可以通过电场、磁场和温度操纵CuCrP₂S₆中的磁振子^[2]，证明范德瓦尔多铁性材料在低功耗和高密度非易失性存储器中的应用潜力。

图2：通过PFM在T=2K下获得的CuCrP₂S₆晶体块的相位-电压磁滞回线。

二维莫尔材料为研究强相关电子态提供了一个高度可调谐的平台。这种涌现的多体现象可以在通过堆叠两层过渡金属二硫族化合物半导体产生的莫尔条纹系统中进行光学探测：光学注入的激子可以与占据窄莫尔能带的流动载流子相互作用，形成对强相关性敏感的激子极化激元。

Brian Gerardot（英国赫瑞-瓦特大学）的小组研究了由莫尔超晶格局域化的费米海修饰的激子的行为。使用attoDRY1000 - 低震动无液氦磁体系统进行变温磁光光谱测量，确定了在强相关电子态的情况下激子极化子的性质，并揭示了MoSe₂/WSe₂平台的丰富潜力，用于研究费米-哈伯德和玻色-哈伯德物理。

图3：MoSe₂/WSe₂二维莫尔材料中，5T外置磁场下的偏置电压调控光学信号的变化。