文章名稱：Imaging the Meissner effect in hydride superconductors using quantum sensors

期刊：Nature IF 64.8

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07026-7

　　壓力的存在能夠直接改變微觀相互作用，為凝聚相和地球物理現(xiàn)象的探索提供一個強(qiáng)大的調(diào)諧旋鈕。兆巴(1 Mbar=100 GPa)壓力區(qū)域的研究極具前沿代表，科學(xué)家們可在該壓力區(qū)域研究高溫超導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)與相變。然而，在該高壓環(huán)境中，許多傳統(tǒng)的測量技術(shù)都失敗了。針對此問題，美伯克利大學(xué)的N.Y.Yao教授團(tuán)隊利用干式封閉循環(huán)桌面式光學(xué)低溫恒溫器（attocube attoDRY800）突破性的在兆巴壓力下以亞微米空間分辨率對金剛石砧單元內(nèi)局部實現(xiàn)磁力測量的能力。相關(guān)研究內(nèi)容以《Imaging the Meissner effect in hydride superconductors using quantum sensors》為題，在國際SCI期刊《Nature》上發(fā)表。

　　該課題組將淺層氮空位色心直接植入鐵砧中（見圖1），選擇與氮空位色心固有對稱性相兼容的晶體切割，以實現(xiàn)在兆巴壓力下的功能。文章中對最近發(fā)現(xiàn)的氫化物超導(dǎo)體CeH₉進(jìn)行了表征。通過同時進(jìn)行磁學(xué)測量和電輸運(yùn)測量，觀察到超導(dǎo)性的雙重特征：邁斯納效應(yīng)的抗磁特性和電阻急劇下降到接近于零。通過局部映射抗磁響應(yīng)和通量捕獲，直接對超導(dǎo)區(qū)域的幾何形狀進(jìn)行成像，在微米尺度上顯示出明顯的不均勻性（見圖2d)。

圖1：兆巴壓力下的NV色心傳感測量。1a為樣品加載示意圖顯示CeH₉在兩個相對的砧之間壓縮。

圖2：CeH₉的局部抗磁性。2a，2b: 同一個樣品中兩個不同位置處，在零場冷卻到溫度T < Tc時收集的ODMR光譜。2c: 樣品S2的共聚焦熒光圖像。2d：通過在不同的空間點(diǎn)進(jìn)行ODMR光譜測量，可以確定一個約10 μm的局部抗磁性的子區(qū)域（用d中的虛線表示）。利用這個信號可以識別CeH₉已經(jīng)成功合成的區(qū)域。

　　值得指出的是，該團(tuán)隊利用干式封閉循環(huán)桌面式光學(xué)低溫恒溫器（attocube attoDRY800）搭載實驗所需的共聚焦熒光顯微鏡對NV色心進(jìn)行了測量，見圖3。該研究工作將量子傳感帶到兆巴邊界，并使超氫化物材料合成的閉環(huán)優(yōu)化成為可能。

圖3：本實驗的設(shè)備硬件與校正。3a: 用于產(chǎn)生磁場的設(shè)備包括一個定制的電磁鐵，位于低溫恒溫器的電磁屏蔽外。3b：在樣品S1的四個位置的不同冷卻條件下的校準(zhǔn)。3c: 樣品S1的共聚焦熒光圖像。3d: 在桌面式光學(xué)低溫恒溫器attoDRY800真空罩內(nèi)部的圖像顯示DAC，冷指和熱連接。

　　attoDRY800桌面式光學(xué)低溫恒溫器（見圖4）是由德國attocube公司研發(fā)的一款干式閉循環(huán)低溫恒溫器，光學(xué)平臺與系統(tǒng)冷頭高度耦合，系統(tǒng)可提供4K到室溫的變溫環(huán)境。設(shè)備具有極低的震動噪音，已在國內(nèi)外課題組廣泛應(yīng)用于量子通信、量子點(diǎn)發(fā)光、半導(dǎo)體材料、二維材料等研究領(lǐng)域。根據(jù)典型實驗所需，該產(chǎn)品設(shè)計了幾種標(biāo)準(zhǔn)真空罩方便用戶進(jìn)行拉曼、熒光等常見的測量手段對材料進(jìn)行光-電-磁物理性質(zhì)的變溫測量。

圖4. attoDRY800桌面式光學(xué)低溫恒溫器- 可以選配低溫物鏡，低溫位移臺以及其他定制配置。

　　attoDRY800桌面式光學(xué)低溫恒溫器已經(jīng)在北京大學(xué)，半導(dǎo)體所，國家納米科學(xué)中心等單位順利運(yùn)行，持續(xù)助力各個課題組的科研工作。圖5為常見的的低溫物鏡兼容真空罩，該真空罩內(nèi)可配置attocube特有的低溫消色差物鏡以及納米精度位移臺。如果實驗（例如光纖量子通信與open cavity等實驗）需要更復(fù)雜的實驗設(shè)計，我們可以根據(jù)用戶的技術(shù)要求和偏好定制桌面上的真空罩。

圖5：常見配置-低溫物鏡兼容真空罩。

attoDRY800主要技術(shù)特點(diǎn)：

? 光學(xué)平臺和閉式循環(huán)低溫恒溫器完美地結(jié)合在一起

? 提供無光學(xué)平臺配置：全新一代獨(dú)立光學(xué)低溫恒溫器attoDRY800xs

? 寬溫度范圍（3.8 K…300 K），自動溫度控制

? 用戶友好、多功能、模塊化

? 與低溫消色差物鏡兼容，數(shù)值孔徑大于0.8

? 可定制真空罩，標(biāo)準(zhǔn)樣品空間：75mm直徑。

? 與典型光學(xué)桌的高度相同

? 包含36根直流電線

圖6：全新一代獨(dú)立光學(xué)低溫恒溫器attoDRY800xs- 冷頭與光學(xué)面包板高度集成。

attoDRY800桌面式光學(xué)低溫恒溫器 部分發(fā)表文獻(xiàn)：

　　[1]. N.Y.Yao et al. Imaging the Meissner effect in hydride superconductors using quantum sensors. Nature627, 73–79 (2024)

　　[2]. Liying Jiao et al. 2D Air-Stable Nonlayered Ferrimagnetic FeCr₂S₄Crystals Synthesized via Chemical Vapor Deposition. Advanced Materials2024

　　[3]. Yohannes Abate et al. Sulfur Vacancy Related Optical Transitions in Graded Alloys of Mo_xW_1-xS₂Monolayers. Adv. Optical Mater.2024, 2302326

　　[4]. Pablo P. Boix et al. Perovskite Thin Single Crystal for a High Performance and Long Endurance Memristor. Adv. Electron. Mater. 2024, 2300475

　　[5]. Mauro Valeri et al. Generation and characterization of polarization-entangled states using quantum dot single-photon sources. 2024 Quantum Sci. Technol.9 025002

　　[6]. Ajit Srivastava, et al; Quadrupolar–dipolar excitonic transition in a tunnel-coupled van der Waals heterotrilayer. Nature Materials22, 1478–1484 (2023)

　　[7]. Hanlin Fang et al. Localization and interaction of interlayer excitons in MoSe₂/WSe₂heterobilayers. Nature Communications14 : 6910 (2023) 

　　[8]. S. Kolkowitz et al. Temperature-Dependent Spin-Lattice Relaxation of the Nitrogen-Vacancy Spin Triplet in Diamond, Phys. Rev. Lett.130, 256903,2023

　　[9]. Yunan GAO, et al. Bright and Dark Quadrupolar Excitons in the WSe₂/MoSe₂/WSe₂Heterotrilayer. Phys. Rev. Lett.131, 186901,2023

　　[10]. Tim Schr?der, et al. Optically Coherent Nitrogen-Vacancy Defect Centers in Diamond Nanostructures. Phys. Rev. X13, 011042 , 2023

　　attoDRY800桌面式光學(xué)低溫恒溫器 部分國內(nèi)用戶單位：

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　　1.低震動無液氦磁體與恒溫器-attoDRYhttp://www.buyu5683.com/product/2020022116.shtml