保偏跳线光无源器

载流子之间的多体相互作用是相关物理学的核心。调控这种相互作用的能力将有望调控复杂的电子相图。近年来，二维莫尔超晶格已经成为量子工程的一个前景研发平台。莫尔系统的功能在于通过调整层扭转角、电场、莫尔载流子浓度和层间耦合，实现其物理参数的高可调性。由半导体过渡金属双卤化合物(TMDs)形成的莫尔超晶格是一个新兴的平台，可探索高可调性相关效应。结合强库仑相互作用、三角摩尔几何、强自旋轨道耦合和孤立的平坦电子带，TMD异质分子层是测试可调多体哈密顿数的理想平台。事实上，在整数和分数莫尔微带填充下的相关缘状态已经被实验证明了。理论上，TMD莫尔平台提供了一个机会来研究具有三角形或六边形几何形状的经典模型，以探索强相关的物理。通过改变现场库仑相互作用U和近邻跳变参数t，预测了具有各种缘态、金属态和奇异磁态和拓扑态的多体相图。图1. WS2/WSe2异质结中的磁圆二色性随填充因子变化。a) 器件示意图 b) PFM图像，标尺：20 nm c) 反射谱随偏置电压变化 d-e) 磁圆二色（RMCD）随填充因子变化 近期，Xiaodong XU（美国华盛顿大学）的研究小组报道了光激发可以高度调整莫尔捕获载流子之间的自旋-自旋相互作用，从而导致WS2/WSe2莫尔超晶格中的铁磁顺序。图1显示了丰富的填充因子依赖的磁光响应，在填充因子为−1时，RMCD显示出超顺磁样响应。当空穴掺杂明显减少（见图1e）时，一个磁滞回线开始出现, 这是铁磁性的标志。在−1/3的填充因子附近（即每3个莫尔晶胞中有一个空穴）附近，随着激子共振激发功率的增加，在磁圆二色性信号中出现了一个明显的磁滞回线。图2. 在填充因子为-1/3的时候对光致铁磁性的观察。a-b）1.6K温度，不同激光功率下RMCD信号随磁场变化。c-d）磁滞回线宽度与温度的关系，激光功率103 nW。图2a显示了在1.6K温度与填充因子为-1/3的时RMCD信号与激励光功率的关系。当功率小于16 nW时，RMCD信号与磁场之间的关系消失，表现为一条无特征的直线。当功率增加到临界阈值以上时，出现一个滞回线。图2b中零磁场下RMCD信号的强度随激光功率的增加而增大，终达到饱和。在低填充因子下，由于空穴距离更大固有磁相互作用明显较弱。因此，在分数填充因子为−1/3处出现的功率依赖的RMCD响应表明，通过光学诱导的长程自旋-自旋相互作用，出现了铁磁序。磁滞回线宽度对光激发功率的依赖关系可以忽略不计，这意味着在温度远低于居里温度时，磁回线宽度主要由磁各向异性决定。如图2c-d所示，随着温度的升高磁滞回线宽度减小，有效的居里温度被确定为8K左右。图3. 利用光激发功率和填充因子调节磁态。a-d) RMCD信号强度与磁场、温度、填充因子的关系图 图a-b中填充因子为-1/7. 课题组进一步在填充因子为−1/7下进行了温度与激光功率依赖性的RMCD测量（图3）。图3a显示了在不同的激光功率下的测量结果。 作者定义了一个临界温度Tc，超过这个温度，RMCD的磁性响应（心跳线形状）就会消失。以253 nW光激发为例，心跳线形状保持强至约40K。为了进一步突出这一效应，图3b中绘制了提取的RMCD信号振幅与激发功率和温度的变化关系。这些数据表明，一旦光激发功率足够大，可以引入磁序，Tc可以从20K左右的调谐到45K。观察到的现象指出了一种机制，其中光激发激子促成了莫尔捕获空穴之间的交换耦合。这种激子促成的相互作用可能比莫尔捕获空穴之间的直接耦合范围更长程，因此即使在稀空穴体系中也会出现磁序。这一发现为莫尔量子物质的丰富的多体哈密顿量增加了一个动态调谐旋钮。 以上的结果是借助于attoDRY2100低震动无液氦磁体恒温器获得的，该低温恒温器可以与拉曼光谱、磁圆二色性、磁光克尔效应和偏振荧光测量等多种实验技术结合使用。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。 attoDRY2100低恒温器温主要技术特点：☛ 应用范围广泛: PL/EL/ Raman/RMCD/MOKE等光谱测量☛ 变温范围：1.8K - 300K☛ 空间分辨率： 1 mm☛ 无液氦闭环恒温器☛ 工作磁场范围：0...9T (12T, 9T-3T，9T-1T-1T矢量磁体可选)☛ 低温消色差物镜NA=0.82☛ 精细定位范围： 5mm X 5mm X 5mm @ 4K☛ 精细扫描范围：30 μm X 30 μm@4K☛ 可进行电学测量，配备标准chip carrier☛ 可升到AFM/MFM、PFM、ct-AFM、KPFM、SHPM等功能 参考文献：[1]. Xiaodong XU, et al. Light-induced ferromagnetism in moiré superlattices. Nature 604, 468–473 (2022)

吸光度测量使用设备简单、操作便捷。大部分无机物和有机物都可以直接地或间接地用吸光光度法测量。吸光度测量主要用于液体或气体的定量分析，广泛应用于环境监测、化学分析、检验检测等领域。吸光度定义用单色光照射某一吸光物质或溶液，测量单色光照射前的强度（即入射光强度I0）以及透过吸光物质后的强度（即透射光强度I），定义透光度（transmittance）T 为定义吸光度（absorbance）A为光的吸收定律朗伯-比尔（Lambert-Bear）定律，也称光的吸收定律，是吸光度定量分析的基本关系式。其数学表达式为： ε. 为摩尔吸光系数，与溶液的性质、温度和入射光波长有关 为溶液光程长度，即为比色皿的尺寸，单位为cm 为溶液浓度，单位为mol/L。公式表明当溶液入射光波长和光程长度固定不变时，吸光度与溶液浓度成正比关系。在测试未知样品的浓度的实验中，可以测量数组已知确定样品浓度和吸光度的数据，构建吸光度与样品浓度的正比关系式，通过测量未知样品的吸光度来求解未知样品的浓度。吸光度测量整套仪器搭建方案整套仪器由微型光纤光谱仪（含软件）、光源、比色皿支架和光纤跳线组成，见下图。具体配置清单：产品名称数量微型光纤光谱仪（含免费配套软件）1光源1比色皿支架1光纤跳线2仪器介绍微型光谱仪RGB-ER-CL微型光谱仪 采用交叉非对称C-T光路结构，配置先进的CMOS探测器，是一款结构紧凑、携带方便的通用型微型光纤光谱仪，适用于科研及工业生产的光谱测量应用，具有高灵敏度、高分辨率、高量子效率和高动态范围的特点。RGB-ER-CL微型光谱仪响应范围为200～1000nm，狭缝为25μm，分辨率为1.5nm。RGB-VIS-NIR-CL的波长范围为400～1100nm，狭缝为25μm，分辨率为1.0nm。用户也可以选择不同的光栅配置，得到不同的光学分辨率和光谱响应范围，以满足不同的应用需求。另外针对其它波段如200～900nm/200～1000nm/300～1100nm/700～1100nm等可以提供定制。该款微型光谱仪免费提供配套光谱测量软件KewSpec。软件包含查看、保存、读取光谱图和数据，以及积分时间、Boxcar平滑和信号平均等信号处理等基本功能，还包含光谱测量、吸光度、透过率、反射率等应用测量模式。操作界面简洁明了，易于上手。光源吸光度测量常见于紫外-可见波段，根据待测样品的特征波长范围选择合适的光源。HLS-1卤钨灯光源 波长范围360~2500nm，可直接出光或也可由SMA905端口连接光纤耦合输出。输出光强度可调，光源前端设有支架，可根据需要安装滤光片或衰减片。DLS-1氘-卤钨灯 是一款可提供190~2500nm的紫外-可见-近红外波段连续输出光谱的一体化复合光源。采用SMA905端口连接光纤输出，输出光功率稳定。氘灯和卤钨灯可分别开启，卤钨灯输出光功率可调，用以搭配氘灯输出光强。光源前端设有支架，可根据需要安装滤光片或衰减片。比色皿支架CH-4四向比色皿支架 是常用的光谱测量附件，光程长度1cm，支架的四面均连接一个CL-UV准直透镜。用于吸光度测量时，光纤接在两个相对的准直透镜。光纤跳线KEWLAB提供各种波长范围、光纤芯径和长度的光纤跳线，广泛应用于光谱分析领域。该光纤跳线具有坚实耐用、稳定性高、传输损耗小等特点。连接光源、微型光谱仪，起到传输光谱信号的作用。根据客户的实际应用需求，可选择不同型号的光纤跳线。光纤跳线覆盖光谱范围：190-2200nm光纤芯径可选范围：200、400、600、1000μm等标准长度：0.5m、1m、2m，其它长度可定制外壳材料：金属或塑料实测案例以HLS-1卤钨灯为光源，使用RGB-VIS-NIR-CL微型光谱仪（400-1100nm）搭配整套设备测试不同浓度胭脂红色素的吸光度光谱曲线。

生命科学研究过程离不开各类科学仪器的帮助，仪器信息网特别策划话题：“生命科学技术平台经验分享” ，邀请高校、科研院所公共技术平台的老师分享技术心得和经验，方便生命科学领域研究人员了解相关技术进展，学习仪器使用方法。本篇由中国科学院分子细胞科学卓越创新中心细胞分析技术平台高级技术主管涂溢晖撰写，涂老师对光片显微镜的成像特点、难点、解决方法以及应用范围进行了详细的阐述。以下为供稿内容：显微镜自从300多年前发明以来，因其制样相对简单、观察参数多、可活体成像等特点成为生命科学领域不可或缺的研究工具。而近百年来理论和技术的飞速发展，使得显微镜成像的质量、空间分辨率和时间分辨率都有很大的提升。宽场显微镜光路简单、成像便捷，使用最广泛，但因非焦平面的光干扰而图像信噪比较差。激光共聚焦扫描显微镜加入了共轭的针孔，过滤掉了非焦平面的信号而大大提升图像的信噪比、提高分辨率，但因其是点扫描成像，成像速度大大降低，而且因为物镜工作距离和数值孔径的制约，成像深度一般也只有200微米左右。双光子显微镜因红外激光穿透力的提升，虽然可将成像深度扩展到1毫米，但光毒性和光漂白作用非常大。要做到在组织细胞水平上大尺度大视野的成像，目前光片显微镜是一个不错的选择。光片显微镜与上述传统显微镜在光路上有很大的区别（图1），传统显微镜激发和发射在同一个方向上，而光片显微镜采用正交光路设计，即从样品侧面照射激发样品荧光，成像物镜与照明物镜成90度正交，互相垂直。样品受激发的层面即成像层面，不存在离焦信号，提高了图像的信噪比，通过移动光束或样品快速获取全样品的荧光信号，减少对样品的光毒性和光漂白。为了保证照明光路的均匀，通常使用两个照明物镜进行双侧照明，采用sCOMS成像，提高量子效率和成像速度。图1. 宽场显微镜与光片显微镜光路示意图目前实现光片的技术主要有高斯扫描光束、贝塞尔光束和晶格光束。高斯扫描光束利用扫描振镜的高速运动将点状光束形成“虚拟”片状光源。贝塞尔光束是一种非衍射光束，在一定距离内几乎没有衍射，经过散射后，形变失真很小。相比高斯光束，它能形成更薄的光片。晶格光片可以理解为结构照明的贝塞尔光束，它既保持了光片空间上的薄度，又利用结构照明提高空间分辨率。生物样品要想做到大尺度、深层次的成像，只有光路上的改进是不够的，生物样品之所以无法做到深度成像，另一个很重要的原因就是生物样品结构多、成分复杂，且任何一个组分都能吸收光和散射光，这就导致激发光和发射光都还无法穿透较厚的样品就被吸收或散射掉了。因此，要想进行深层次的生物样品成像，须将样品进行透明化处理，即用化学试剂将样品中的脂质、水分、色素等物质去除，从而使样品达到透明状态，内部的折射率尽量均一，减少光的吸收和散射。目前常用的透明化方法有有机溶剂和水溶剂两种方法。有机溶剂透明化方法即疏水透明化方法，一般先用脱水试剂去除水分和一部分脂质，再用有机溶剂去除脂质，最后浸入折射率匹配液中，以获得均匀的折射率。常用的方法有iDISCO和PEGASOS等，以上方法透明化程度高，用时较短，与蛋白质的折射率更匹配，缺点是样品有一定程度的固缩，有机试剂会引起荧光蛋白淬灭或保护性较差，有毒性且会挥发。水溶试剂透明化方法即亲水透明化方法，一般用除垢剂将样品中的脂质去除，再匹配折射率。常用的方法有CUBIC，该方法对荧光蛋白保护性较好，价格便宜，试剂相对更安全，但用时较长，样品有轻度的膨大。科学家们又利用其膨大样品的特性，筛选出既能保持样品结构又能将其膨大数倍之大的CUBIC-X的方法，将更多细节暴露在显微镜下并得以清晰成像。水凝胶包埋透明化方法，如CLARITY、PACT、SHIELD等方法应用较少，它对荧光蛋白保护性好，但用时较长，需要专用设备。生物样品的抗体标记一般在透明化之前。常规带荧光的生物样品可以首选水溶性试剂进行透明化处理，结构致密或坚硬的组织用有机溶剂透明化效果可能更好。在成像过程中如果需要用胶水固定样品的话，且样品的体积又很微小，可以用低熔点琼脂糖进行包埋。对本身较透明的样品或经过透明化的样品，在光片显微镜上可以进行大视野、大尺度、深层次、亚细胞水平的荧光成像，成像广度和深度都可达到厘米级。光片显微镜在神经学、发育学、肿瘤学等生命科学领域都有广泛应用。光片显微镜虽然能对透明化的整个组织甚至小动物进行细胞水平的整体荧光成像，获取得到很多以前无法获得的图像，但是在实际应用中仍存在一些问题。首先，因为透明化试剂多种多样，每种的折射率都不一样，所以每次更换成像物镜或换新的透明化试剂，都需要调节光路以匹配相应的折射率，以达到最佳的成像效果。成像用透明化试剂必须干净无杂无气泡。其次，成像质量仍然受限于成像物镜NA值，要想提高成像分辨率，必须用高NA的物镜，但这样物镜的工作距离和景深就小，会带来成像深度的降低。样品虽然透明或经过了透明化处理，组织样品的荧光强度仍然会随着离成像物镜距离的增加而衰减，从而形成近物镜的样品荧光相对较强，远离物镜的荧光相对较弱。那么在满足目标细胞、结构清晰成像的情况下，可以考虑减少样品的厚度，或是通过双物镜成像或旋转样品多次成像，使成像质量得到提升，但是荧光衰减的现象仍然无法完全避免。再次，透明化使用的有机试剂的毒性和对物镜的潜在危害需要考虑在内。最后，就是光片显微镜成像的数据庞大，单个文件从几十GB到TB级，这就给后期的运算处理带来很大的挑战。在今后的应用中，无毒化、渗透迅速、对蛋白保护性好的透明化试剂的开发将可以缩短样品处理等待时间、保护表达的蛋白以及实验人员的健康。对于庞大数据的后期处理算法的改进与优化，将减少数据存储占用空间、缩短实验数据处理时间，提升用户的使用体验感，最终拓展该技术在生命科学领域、临床精准诊断领域等的应用前景。作者简介涂溢晖，高级工程师，现任中国科学院分子细胞科学卓越创新中心细胞分析技术平台高级技术主管。2004年加入中科院生物化学和细胞生物学研究所细胞分析技术平台，致力于细胞分析新技术新方法的开发及应用推广、大型仪器运行维护及技术服务的共享和显微成像、流式专业人才的培养，到目前完成了三个中科院功能开发项目。