功能量子材料中磁有序結(jié)構(gòu)為探索基于自旋的物理現(xiàn)象提供了豐富的研究對象。尤其在量子材料中存在自旋和其他微觀自由度之間發(fā)現(xiàn)可調(diào)諧耦合的情況時，就可以在自旋電子學(xué)、磁記憶和量子信息科學(xué)等諸多方面得到應(yīng)用。
有鑒于此，近日，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)Venkatraman Gopalan，Hari Padmanabhan和加州大學(xué)圣迭戈分校Richard D. Averitt（共同通訊作者）課題組合作提出了層狀磁性拓撲絕緣體MnBi2Te4層間磁-聲子耦合的證據(jù)，文章以 “Interlayer magnetophononic coupling in MnBi2Te4”為題刊登在Nature communications上。本文使用了低溫拉曼光譜及基于超全開放強磁場低溫光學(xué)研究平臺-OptiCool的低溫磁場超快光譜、瞬態(tài)對磁聲耦合進行了深入研究。
層狀反鐵磁材料Mn(Bi,Sb)2nTe3n + 1家族是拓撲絕緣體中個由實驗證實存在本征磁有序的體系。且層間磁序與拓撲密切相關(guān)，以往實驗證明了量子反?；魻柵c軸子絕緣子狀態(tài)之間的切換，并實現(xiàn)了場驅(qū)動的Weyl半金屬態(tài)。在這種背景下，層間交換和其他微觀自由度之間新的高效耦合途徑的研究可能為磁性和拓撲的動態(tài)操縱打開途徑。該工作中采用了低溫拉曼測量，基于密度泛函理論的計算等證明了磁性與聲子存在耦合作用。隨著磁場增加，在MnBi2Te4層間磁序由反鐵磁過渡到鐵磁后，觀察到A1g拉曼峰出現(xiàn)了明顯的減弱。
原文圖1、MnBi2Te4磁性相變中的聲子異?，F(xiàn)象觀測
此外作者使用了基于OptiCool的低溫磁場超快光譜測量、瞬態(tài)對于磁聲耦合的時域特征進行了研究。展示了通過超快的激發(fā)對MnBi2Te4進行調(diào)控的可能性。由于MnBi2Te4中磁性與拓撲結(jié)構(gòu)之間的密切聯(lián)系，磁-聲子耦合的發(fā)現(xiàn)意味著向磁性拓撲相的調(diào)控邁出了重要一步。
原文圖4、磁-聲子耦合的超快特征研究
設(shè)備簡介
OptiCool超全開放強磁場低溫光學(xué)研究平臺
OptiCool是Quantum Design于2018年2月推出的超全開放強磁場低溫光學(xué)研究平臺，創(chuàng)新特的設(shè)計方案確保樣品可以處于光路的關(guān)鍵位置。系統(tǒng)擁有3.8英寸超大樣品腔、雙錐型劈裂磁體，可在超大空間為您提供高達±7T的磁場。多達7個側(cè)面窗口、1個頂部超大窗口方便光線由各個方向引入樣品腔，高度集成式的設(shè)計讓您的樣品在擁有低溫磁場的同時擺脫大型低溫系統(tǒng)的各種束縛。
OptiCool技術(shù)特點：
? 全干式系統(tǒng)：完全無液氦系統(tǒng)，脈管制冷機。
? 8個光學(xué)窗口：7個側(cè)面窗口，1個頂部窗口
? 超大磁場：±7T
? 超低震動：<10 nm 峰-峰值
? 超大空間：Φ89 mm×84 mm
? 控溫：1.7K~350K全溫區(qū)控溫
? 新型磁體：同時滿足超大磁場均勻區(qū)、大數(shù)值孔徑的要求
? 近工作距離選件：可選3 mm工作距離窗口，增透膜可選New
? 集成物鏡：集成真空物鏡、低溫物鏡、用戶自定義物鏡New
? 控制柜電隔離：為確保微弱信號樣品的電學(xué)測量，避免信號微擾的可能性New
? 樣品移動：可集成低溫位移器New
? 光纖選件：系統(tǒng)可集成光纖通道New
? 氣路選件：系統(tǒng)可以集成氣路，便于使用氣膜高壓腔進行高壓光學(xué)測量New
? 底部窗口選件：可實現(xiàn)樣品腔底部窗口，方面進行縱向的透射光學(xué)實驗New
相關(guān)產(chǎn)品：
1、超全開放強磁場低溫光學(xué)研究平臺-OptiCool
