极低温mK级纳米精度位移台

mK级位移台应用领域

适用于稀释制冷机的**解放方案

mK级位移台技术优势

> 当步进到制定位置后，施加在压电陶瓷上的电压变为0V，因此不存在由于外加电信号而产生噪音或飘逸问题；

> 驱动定位器所需要的电压一般较低（60V或150V），因此不需要进行高压屏蔽，很多低压中使用的电缆和接口都可以在这里使用；

> Attocube位移器可以同时作为粗逼近装置和精细扫描头使用，因此极大的提高了设备的稳定性和结构的紧凑性

> Attocube mK位移器采用铍铜（BeCu）材质，在极端温度下会有更高的热导性和稳定性而且不会产生额外的磁场影响测量信号

mK级位移台基本参数

> 工作温度范围：10mK - 373K

> 工作磁场环境：0 - 31Tesla

> 工作环境：大气 - 5E-11mbar

> 闭环位移控制精度：1nm

> 负载重量：**可到2Kg

> **位移范围：50mm

> 位移器*小尺寸：11X11mm

应用案例

■ Attocube mK纳米位移台在分数量子霍尔效应区的非线性光学中的应用

keyword：量子霍尔效应；四波混频；极化激元

值得指出的是，该实验在温度低于100mK的环境下进行，使用了德国attocube公司的极低温mK环境适用纳米精度位移台来实现物镜的精确移动和聚焦。

参考文献

Knüppel， P.， Ravets， S.， Kroner， M. et al. Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime. Nature 572， 91–94 (2019).

■ Attocube mK纳米位移台在二维铁磁材料研究中的应用

keyword：二维铁磁材料； 极低温纳米精度位移台； 反铁磁态；二次谐波

近年来，二维磁性材料在国际上成为备受关注的研究热点。近日，中国与美国的研究团队合作，在二维磁性材料双层三碘化铬中观测到源于层间反铁磁结构的非互易二次谐波非线性光学响应，并揭示了三碘化铬中层间反铁磁耦合与范德瓦尔斯堆叠结构的关联。

研究团队同时发现，双层反铁磁三碘化铬的二次谐波信号相比于过去已知的磁致二次谐波信号（例如氧化铬Cr₂O₃），在响应系数上有三个以上数量级的提升，比常规铁磁界面产生的二次谐波更是高出十个数量级。利用这一强烈的二次谐波信号，团队得以揭示双层三碘化铬的原胞层堆叠结构的对称性。

值得指出的是，该无液氦可变温强磁场显微光学扫描成像系统采用的是德国attocube公司的极低温强磁场纳米精度位移台和极低温扫描台来来实现样品的位移和扫描。德国attocube公司是世界上**的极端环境纳米精度位移器制造商。公司已经为全世界科学家生产了4000多套位移系统，用户遍及全球**的研究所和大学。它生产的位移器设计紧凑，体积极小，种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和纳米精度扫描器。

参考文献

Sun， Z.， Yi， Y.， Song， T. et al. Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3. Nature 572， 497–501 (2019).

■ Attocube mK旋转台在石墨烯摩尔超晶格可调超导特性研究中的应用

keyword：石墨烯；超晶格；高温超导

高温超导性机制是凝聚态物理领域世纪性的课题。这种超导性被认为会在以Hubbard模型描述的掺杂莫特绝缘体中出现。近期，来自美国和中国的国际科研团队合作在nature上发表文章报道了在ABC-三层石墨烯（TLG）以及六方氮化硼（hBN）摩尔超晶格中发现可调超导性特征。研究人员通过施加垂直位移场，发现ABC-TLG/hBN超晶格在20开尔文的温度下表现出莫特绝缘态。进一步冷却操作发现，在温度低于1K的时候，该异质结的超导的独特特性开始出现。通过进一步调控垂直位移场，研究人员还成功实现了超导体-莫特绝缘体-金属相的转变。

电学输运工作的测量是在进行仔细的信号筛选后，在本底温度为40mK的稀释制冷剂内进行的。值得指出的是，样品的面内测量需要保证样品方向与磁场方向平行，这必须要求能够在极低温（40mK）环境下能够良好工作精确工作的旋转台来移动样品，确保样品与磁场方向平行。实验中使用了德国attocube公司的mK纳米精度旋转台。Attocube公司能够提供水平和竖直方向的旋转台，实现使样品与单轴线管的超导磁场方向的夹角调整为任意角度。通过电学输运结果，证实了样品中存在的超导与Mott绝缘体与金属态的转变（结果如图所示），证明了三层石墨烯/氮化硼的超晶格为超导理论模型（Habbard model）以及与之相关的反常超导性质与新奇电子态的研究提供了模型系统。

ABC-TLG/hBN的超导性图左低温双轴旋转台；图右下：石墨烯/氮化硼异质节的超导性测量测试结果，样品通过attocube的mK适用旋转台旋转后方向与磁场方向平行

参考文献

Guorui CHEN et al， “Signatures of tunable superconductivity in a trilayer graphene moiré superlattice” Nature， 572， 215-219 (2019)

■ Attocube 低温位移台在NV center在加压凝聚态系统中的量子传感中的应用

keyword：NV色心；量子传感器

压力引起的影响包括平面内部性质变化与量子力学相转变。由于高压仪器内产生巨大的压力梯度，例如金刚石腔，常用的光谱测量技术受到限制。为了解决这一难题，一个新奇的纳米尺度传感器被三个课题组研发，三个团队分别为巴黎第十一大学，香港中文大学和加州伯克利大学。研究者把量子自旋缺陷集成到金刚石压腔中来探测极端压力和温度下的微小信号，空间分辨率不受到衍射极限限制。

为此，加州伯克利大学团队使用与光学平台高度集成的闭循环德国attocube公司的attoDRY800低温恒温器来进行试验，attoDRY800中集成了attocube公司的极低温纳米精度位移台，以此来实现快速并且精确控制金刚石压强的移动以及测量实验。

参考文献

[1] S. Hsieh et al.， Science， Vol. 366， Issue 6471， pp. 1349-1354 (2019)

[2] M. Lesik， et al.， Science， Vol. 366， Issue 6471， pp. 1359-1362 (2019)

[3] K. Yau Yip et al.， Science， Vol. 366， Issue 6471， pp. 1355-1359 (2019)

■ Attocube mK位移台在外加磁场和电场的加速极化子中的应用

人们普遍认为光子不能用电场或磁场操纵。尽管光子与电子极化的杂化形成激子极化子为在半导体微腔中进行了许多开创性的实验，这些微腔的中性玻色子性质准粒子严重限制了它们对外部规范场的响应。*近，来自瑞士苏黎世联邦理工大学（ETH Zürich）Prof. Atac Imamoglu课题组展示了在非微扰耦合下的外电场和磁场加速极化子和流动电子形成的新准粒子，称为极化子。值得注意的是，我们还观察到极化子的不同极化成分可以当电子处于π1整数量子霍尔态时，能够在相反方向被加速。下图展示了其实验装置光路示意图和k | |=0处的对应光谱，x轴代表面内动量k |，y轴代表能量E，时间演化由激子腔失谐给出。 值得指出的是，值得指出的是，该实验在温度低于100mK的环境下进行，其使用了德国attocube公司的极低温mK环境适用纳米精度位移台来实现样品的精确移动和聚焦。

参考文献

Chervy T ， Knüppel， Patrick， Abbaspour H ， et al. Accelerating Polaritons with External Electric and Magnetic Fields[J]. 2019.

■ Attocube mK位移台在材料输运性质随磁场角度的变化研究中的应用

北京大学量子材料科学中心林熙课题组成功研制出基于attocube极低温mK位移台研制的低温强磁场下的样品旋转台，用于测量材料的输运性质随磁场角度的变化研究。

基本参数：

旋转台型号: Attocube ANR101/RES

系统环境温度: < 20 mK

电学测量温度: < 22 mK

旋转角度范围: -10°~90°

实现角度分辨率:<0.1°

该系统是基于Leiden CF-CS81-600稀释制冷机系统的一个插杆，插杆的直径为81mm，attocube的mK位移台通过一个自制的转接片连接到插杆上，如图1所示，位于磁场中心的样品台的尺寸为5mm*5mm，系统磁场强度为10T。系统的制冷功率为340μW@120mK，得益于attocube极低温位移台极低的发热功率及工作时非常小的漏电流，使得旋转台能够很好的在＜200mK的温度下工作（工作参数：60V，4Hz， 300nF）。

图1. 实现的旋转示意图和ANR101装配好的实物图

图2. 侧视图，电学测量的12对双绞线从旋转台的中心孔穿过

图3中是一个GaAs/AlGaAs样品在不同角度下测试结果，每一个出现*小电导率的点，代表着不同的填充因子。很好的验证了其实验方案的可行性和稳定性。

图3. Shubnikov–de Haas Oscillation at T = 100 mK

参考文献

发表文章

[1] P. Knüppel et al. Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime. Nature 572， 91 (2019).

[2] C.T. Nguyen et al. An integrated nanophotonic quantum register based on silicon-vacancy spins in diamond. Phys. Rev. B 100， 165428 (2019).

[3] P. Wang et al. Piezo-driven sample rotation system with ultra-low electron temperature. Rev. Sci. Instrum. 90， 023905 (2019).

[4] G. Chen et al. Signatures of tunable superconductivity in a trilayer graphene moiré superlattice. Nature 572， 215 (2019).

[5] S. Guiducci et al. Full electrostatic control of quantum interference in an extended trenched Josephson junction. Phys. Rev. B 99， 235419 (2019).

[6] S. Ravets et al. Polaron polaritons in the integer and fractional quantum Hall regimes. Phys. Rev. Lett. 120， 057401 (2018).

[7] L. Bours et al. Manipulating quantum Hall edge channels in graphene through scanning gate microscopy. Phys. Rev. B 96， 195423 (2017)

[8] K. Yasuda et al. Quantized chiral edge conduction on domain walls of a magnetic topological insulator. Science 358， 1311 (2017).

[9] A. M. Nikitin et al. Superconducting and ferromagnetic phase diagram of UCoGe probed by thermal expansion. Phys. Rev. B 95， 115151 (2017).

[10] Y. Pan et al. Rotational symmetry breaking in the topological superconductor Sr_xBi₂Se₃ probed by upper-critical field experiments. Sci. Rep. 6， 28632 (2016).

[11] G. Zhang et al. Global and local superconductivity in boron-doped granular diamond. Adv. Mater. 26， 2034， (2014).

[12] M. Timmermans et al. Observing vortex motion on NbSe2 with STM. Physica C 503， 154 (2014).

[13] M. Timmermans et al. Dynamic visualization of nanoscale vortex orbits. ACS Nano 8， 2782 (2014).

[14] M. Pelliccione et al. Design of a scanning gate microscope in a cryogen-free dilution refrigerator. Rev. Sci. Instrum. 84， 033703 (2013)

用户单位

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