低温光学恒温器

一、CryoAdvanceTM诠释更先进的低温设备全球知名光学恒温器制造商Montana Instruments多年来为低温光学、量子信息等领域提供性能的光学恒温器而广受好评。正所谓潮平两岸阔，风正一帆悬！作为低温光学恒温器的旗舰，Montana Instruments近推出了全新型号CryoAdvance系列。该系列的目标是助力科技工作者在先进材料和量子信息等领域有更进一步的研究。CryoAdvance50/100在保留Cryostation C2/F2及Cryostation S50/100系列产品的优点基础上，进行了功能性和模块化的升。除了保证的低温和稳定性外，增加了电学通道的数量，并大的提高了后续功能模块的兼容性。科研人员拥有一台CryoAdvance，后续可以不断升或更换配置满足多种实验要求。CryoAdvance 50系统主机与样品腔内部示意图CryoAdvance 50新特色：✔ 自动控制：全新智能触摸屏系统，“一键式操作”，实时显示温度、稳定性、真空度等多种指标。✔ 模块化设计：多种配置可选，快速满足各种实验需求，后续升简单。✔ 多通道设计：基本配置已包含光学窗口+直流电学+高频电学通道。✔ 稳定性设计：新设计在变温和振动稳定性上进一步优化。CryoAdvance 50主要参数：✔ 自动控温：3.2K - 350K 样品台✔ 温度稳定性：✔ 制冷系统：变频压缩机，延长冷头寿命。二、CryoCoreTM快速进入低温研究的稳固“基础”深处种菱浅种稻，不深不浅种荷花。为满足研究人员对设备性能的不同需求，Montana Instruments推出了价格友好型光学恒温器——CryoCore。作为光学恒温器家族的新成员，CryoCore的定位是以高的性价比作为低温研究的基础设备。CryoCore在价格友好的基础上提供了低4.9K的低温、✔ 多通道设计：基本配置已包含光学窗口+直流电学+高频电学通道。✔ 稳定性设计：新设计在变温和振动稳定性上进一步优化。 CryoCore系统主机CryoCore主要参数:✔ 自动控温：4.9K - 350K 样品台✔ 温度稳定性：Montana Instruments成立于2006年并与Quantum Design结为全球战略合作伙伴，2012年正式进入中国市场。自2008年推出款商业化光学恒温器Cryostation C1以来，产品已经过三次升换代，设备的各方面性能均以达到高度优化。目前在全球的光学恒温器销量已突破1000套，在国内的销售已突破120套。此次重大升使得系统在模块化、后续升兼容性方面具有更大的提升空间。经过此次升，尤其是CryoCore以更加友好的价格兼具了低温光学和通用低温设备的特点。Montana Instruments在低温光学、量子计算低温设备之外能够适用于更多方向。无论是高精度低温显微光谱，还是兼具光学与普通低温测量，Montana Instruments总有一款设备适合您！

随着科学技术的发展，越来越多的研究人员希望在低温下进行量子光学实验，但却没有空间放置占用几立方米宝贵实验室空间的大型低温恒温器。针对此问题，国际知名低温显微镜领域制造商attocube systems AG公司推出了全新一代立光学低温恒温器attoDRY800xs。attoDRY800xs将attoDRY800的革命性概念提升到了一个新的水平，成为量子光学实验中紧凑的平台。该平台可定制低温护罩，配备您想要的光学设置，集成到光学平板中。attoDRY800xs是有史以来个立的光学低温恒温器，低温样品空间地嵌入到一个无障碍的工作空间中。图1. 全新一代立光学低温恒温器attoDRY800xs。 根据典型配置，我们设计了几种标准真空罩和冷屏，它们在定位器、样品架、工作距离和目标方面进行了优化。图2为可配置的低温物镜兼容真空罩，该真空罩内可配置attocube有的低温消色差物镜以及纳米精度位移台。如果仍然不够，可以根据用户的技术要求和偏好定制桌面上方的任何内容。图2：低温物镜兼容真空罩。 尽管设计紧凑，但attoDRY800xs仍能提供出色的超低振动性。图3中激光干涉仪直接测量冷头位置的振动，垂直方向的峰间振动小于2纳米（3纳米），而在横向上低于10纳米（40纳米），带宽为200赫兹（1500赫兹）。图3. attoDRY800xs样品区域振动水平测试结果 紧凑的光学低温恒温器attoDRY800xs保留了原始attoDRY800的所有关键优势，例如类似的低振动性能、通过可定制的真空护罩实现的多功能性，以及自动温度控制、气体处理和远程控制。 因此，attoDRY800xs可以直接在其光学平板上建立一个立的实验，也可以将其放置在现有较大的光学台附近，光学元件之间进行光纤耦合。简而言之， attoDRY800xs为您的科学研究提供一个小型紧凑但功能依然强大的光学低温平台。 attoDRY800xs主要技术特点：☛ 只需要17英寸x28英寸的实验室空间☛ 光学面包架和闭式循环低温恒温器地结合在一起☛ 宽温度范围（3.8 K… 300 K）☛ 用户友好、多功能、模块化☛ 与低温消色差物镜兼容☛ 可定制的真空罩☛ 与典型光学桌的高度相同☛ 自动温度控制☛ 包含36根直流电线attoDRY800应用案例：1. InGaN量子点作为单光子源的提升与改进 虽然量子点通常被认为是单光子源的佳候选，但它们的实际性能在很大程度上取决于化学成分。在氮化物量子点的特殊情况下，一方面它们即使在温度高达350 K的情况下可以发射单光子，另一方面它们的发射会显著加宽。为了了解优化其性能的佳方法，Robert Taylor小组（英国牛津大学）对InGaN量子点的光致发光进行了广泛的研究，发现在非性平面上生长的量子点与性氮化物点相比，光谱扩散率降低，寿命显著缩短。由于在配备有ANPxyz101位移台的attoDRY800低温恒温器中进行了低温光致发光测量，这些发现得以实现。【参考】Robert A. Taylor, et al Decreased Fast Time Scale Spectral Diffusion of a Nonpolar InGaN Quantum Dot. ACS Photonics 2022, 9, 1, 275–281 2. 悬浮纳米颗粒的量子控制 attoDRY800不仅能够为量子光学实验提供一个无障碍的实验平台，而且还可以确保非常干净的高真空条件。Lukas Novotny（瑞士苏黎世ETH）团队出色地利用了这些特性，他们次在低温环境中光学悬浮介电纳米颗粒，并实现了对其运动的量子控制。由于在低温环境中抑制气体碰撞和黑体光子发射所提供的低水平的退相干，从而允许将粒子的运动反馈冷却到量子基态，从而实现了这些结果，反馈控制依赖于粒子位置的无腔光学测量，该测量接近海森堡关系的小值，在2倍以内。此外，量子研究的重要性以及Novotny在其中的作用在ETH董事会2021年的年度报告中有所体现。【参考】Lukas Novotny, et al Quantum control of a nanoparticle optically levitated in cryogenic free space, Nature, 595, 378–382 (2021) 3. 增强单光子量子密钥分配 按下按钮即可发射单光子的工程量子光源是量子通信协议的基本组件。为了大限度地提高量子密钥分发的预期安全密钥和通信距离，柏林理工大学（德国柏林）的Tobias Heindel团队开发了一些工具，以优化使用此类工程单光子发射器实现的量子密钥分发性能。利用二维时间滤波，可以优化预期的安全密钥以及通信距离。该小组在一个基本的量子密钥分发试验台上完成了他们的常规工作，该试验台包括一个量子点装置，该装置向一个四端口接收器发送单光子脉冲，分析飞行量子比特的化状态。单光子源安装在光学attoDRY800光学恒温器的冷台上，冷台与光学平台的集成为光学平台上的冷点提供了简单的解决方案。该团队的方法进一步证明了通过光子统计进行实时安全监控，这是量子通信安全认证的重要一步。【参考】Tobias Heindel, et al Tools for the performance optimization of single-photon quantum key distribution.npj Quantum Information , 6, 29 (2020) 4. 易于使用的单光子实验平台 有效地产生单个、不可区分的光子对于光学量子信息处理的发展至关重要。具体而言，按需创建单光子的探索仅限于某些类型的源和技术。为了实现这一目标，Quandela公司提供光学配件和先进的固态源设备，这些设备每秒可发射数百万个量子纯光子。将attocube的闭式循环低温恒温器attoDRY800与Quandela的半导体量子点发射器相结合，可为复杂的实验和协议提供可靠且易于使用的先进固态单光子源。通过这种稳健的设置，很容易使用单光子源按需生成零、一或两个光子的量子叠加加速芯片多光子实验，并证明该技术可用于大规模制造相同的源。【参考】J. C. Loredo, et al Generation of non-classical light in a photon-number superposition，Nature Photonics ,13, 803–808(2019) 5. 高压下的纳米量子传感器 压力会影响从行星内部的性质到量子力学相位之间的转换等现象。然而，在高压实验装置（如金刚石砧座单元）中产生的巨大应力梯度限制了大多数常规光谱学技术的应用。为了应对这一挑战，由三个小组（按字母顺序）立开发了一种新型纳米传感平台：Jean-Francois Roch小组（法国巴黎大学）、Sen Yang小组（中国香港中文大学）和Norman Yao小组（美国加州大学伯克利分校）。研究人员利用集成在砧座单元中的量子自旋缺陷，在端压力和温度下以衍射限的空间分辨率检测到了微小信号。为此，Norman Yao及其同事使用了台式集成闭合循环attoDRY800低温恒温器，这是快速控制金刚石砧座温度的理想平台，同时提供了大的样品室和自由光束通道。【参考】N.Y.Yao, et al Imaging stress and magnetism at high pressures using a nanoscale quantum sensor,Science 2019:366, 6471,1349-1354 6. 低温拉曼研究气相沉积的二维材料NiI2晶体磁学性质 范德瓦尔斯磁性材料的发现引起了材料科学和自旋电子学界的大关注。制备原子厚度以下的超薄磁性层是一项具有挑战性的工作。纳米科学中心的谢黎明研究员团队报道了气相沉积的NiI2范德华晶体，在SiO2/Si衬底上生长的二维NiI2薄片为5−40纳米，在六角氮化硼（h-BN）上可生长原子层厚度的晶体。随温度变化的拉曼光谱揭示了生长的二维NiI2晶体中的磁性相变。该研究工作使用attoDRY800光学低温恒温器进行了样品冷却，低温物镜（LT-APO/VIS/0.82）用于激光聚焦和信号采集。这项工作为外延二维磁性过渡金属卤化物提供了一种可行的方法，也为自旋电子器件提供了原子层厚度的材料。【参考】Liming XIE, et al Vapor Deposition of Magnetic Van der Waals NiI2 Crystals, ACS Nano 2020, 14, 8, 10544–10551. 7. 范德华异质结构中局域层间激子间的偶相互作用 虽然自由空间中的光子几乎没有相互作用，但物质可以调解它们之间的相互作用，从而产生光学非线性。这种单量子水平上的相互作用会导致现场光子排斥，对于基于光子的量子信息处理和实现光的强相互作用多体态至关重要。美国Ajit Srivastava课题组报道了异质双层MoSe2/WSe2中电场可调的局部化层间激子之间的排斥偶-偶相互作用。具有平面外非振荡偶矩的单个局部化激子的存在将二激发的能量增加约2 meV：大于发射线宽的一个数量，对应于约7 nm的偶间距离。样品被装入闭循环低温恒温器attoDRY800中，课题组自制了低温（~ 4K）显微镜进行PL测量。在较高的激发功率下，多激子络合物以较高的系统能量出现。该发现是朝着创建激子少体和多体态迈出的一步，例如范德华异质结构中具有自旋谷旋量的偶晶体。 【参考】Ajit Srivastava, et al Dipolar interactions between localized interlayer excitons in van der Waals heterostructures, Nature Materials, 19, 624–629(2020) 8. 单层WS2范德华异质结构腔中的光吸收 单层过渡金属二卤化物（TMD）中的激子控制着它们的光学响应并显示出由寿命限制的光−物质强相互作用。虽然各种方法已被应用于增强TMD中的光激子相互作用，但所达到的强度远远不足，并且尚未提供其潜在物理机制和基本限制的完整图片。西班牙Koppens课题组介绍了一种基于TMD的范德瓦尔斯异质结构腔，它提供了在超低激发功率下观察到的近100%激子吸收和激子复合物发射。低温恒温器attoDRY800为光谱吸收实验提供了不同的温度条件（4K-300K）。实验的结果与描述光的激子−空腔相互作用的量子理论框架完全一致。研究发现，辐射、非辐射和退相衰变率之间的微妙相互作用起着至关重要的作用，并揭示了二维系统中激子的普遍吸收定律。此增强型光−激子相互作用为研究激子相变和量子非线性提供了一个平台，为基于二维半导体的光电子器件提供了新的可能性。 【参考】Frank H. L. Koppens, et al Near-Unity Light Absorption in a Monolayer WS2 Van der Waals Heterostructure Cavity, Nano Lett. 2020, 20, 5, 3545–3552图4：低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列，超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。

全球知名的Montana光学恒温器又有新搭档啦！著名MOKE生产商英国Durham公司推出的官方产品说明手册中推出了低温MOKE的佳方案，NanoMOKE与MI光学恒温器的Magnet-optic系统搭配可以为用户实现低温MOKE测量。搭配Attocube的高精度位移器与旋转台，可以实现多种MOKE的定点测量研究。图1 a NanoMOKE与MI恒温器整体系统；b、c 局部细节图 长期以来怎么将室温下相当成熟的MOKE测量在低温下实现一直是困扰磁学研究者的问题。问题主要有以下几个方面：1、传统湿式恒温器对液氦的消耗导致实验成本高昂；2、传统制冷机恒温器震动较大使得测量的信噪比较差，无法进行或微区测量；3、传统恒温器温度控制的稳定性不好，很难实现特定温度下的测量；4、传统低温恒温器操作复杂，使得测量的过程异常繁琐。MI推出的超精细无液氦恒温器解决了以上问题。图2 a 横向样品托；b 纵向样品托；c 不同方向带电样品托 先，MI恒温器使用智能变频制冷机系统，完全摆脱了液氦，对氦气的消耗也非常小，大大降低了低温试验成本；其次，MI的恒温器震动峰-峰值小于5nm，这一震动水平已经达到了室温光学实验的水平；再次MI恒温器温度的稳定性优于10mk，这使得对特定温度下的测量异常稳定；后MI恒温器操作非常简便，完全智能化的控制系统能够让您的控制随心所欲。系统的样品更换非常方便，系统可以联网控制，真正实现远程遥控。这样以来低温MOKE的可行性和精度都得到了大的提高，真正的实现了低温下微米量的高精度磁性、磁畴测量。此外NanoMOKE针对Montana样品腔可以提供向、横向、纵向等多种解决方案。 除了与MOKE搭配之外，MI恒温器针对磁光系统推出了多种样品台，使样品在可以平行和垂直于磁场方向（如图2所示）。带电的样品托可以帮助用户实现变场、变温、光电的测量，大的拓宽了恒温器的功能。图3 a Cryostation-GMW系统整体图；b 样品腔局部图；c 样品腔截面图 近期，MI与GMW公司联合推出了多种灵活的外部磁体解决方案，使得用户更容易实现各种特殊的实验测量，磁场强度也有所提升，此外更有多种永磁体等多种方案可以选择。MI的灵活性打破了很多传统低温实验的瓶颈，使得低温实验像室温实验一样方便。除了磁学测量以外，MI恒温器在低温拉曼上也取得了巨大的成功，用户可以很方便地用已有的高性能光谱仪直接在MI恒温器上来实现低温拉曼的测量。在新兴的量子信息领域MI恒温器更是大显身手，目前国内在量子信息领域较为出色的科研单位都已成为MI恒温器的用户。特别是中国科学技术大学和清华大学，分别拥有多个型号的多台MI恒温器，已成为国内用户前两位。目前MI恒温器在国内的数量已超过60台，应用领域涵盖量子信息、NV色心、拉曼、晶体光学等多个方向，且连续、稳定地工作在各大实验室。MI恒温器已成为不可多得的多功能、高精度、超稳定、全干式恒温器。 相关产品链接：美国Montana无液氦超低振动低温光学恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C122418.htmAttocube低温纳米位移台：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C80795.htm