文章名稱：Open-Cavity in Closed-Cycle Cryostat as a Quantum Optics Platform

期刊：PRX Quantum

文章鏈接：https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.2.040318

　　開放式共振腔（open cavity）作為一種非常有效的工具，在增強(qiáng)固態(tài)量子和納米系統(tǒng)光物質(zhì)相互作用方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，是推動量子技術(shù)邁向廣泛應(yīng)用的重要手段。光學(xué)諧振器的引入可以使光子和固態(tài)發(fā)射體之間實現(xiàn)有效和精確的相互作用，有力促進(jìn)了強(qiáng)光物質(zhì)相互作用以及極化子物理的深入研究，同時為量子通信和計算提供了一個強(qiáng)大的界面。在光物質(zhì)與固態(tài)系統(tǒng)相互作用的進(jìn)展中，一個核心關(guān)鍵的挑戰(zhàn)在于，如何在滿足低溫需求和抗振動的高機(jī)械穩(wěn)定性的同時，保持足夠的自由度以實現(xiàn)原位可調(diào)性。

　　慕尼黑大學(xué)由 Samarth Vadia 和 Alexander H?gele 帶領(lǐng)的課題組利用干式封閉循環(huán)桌面式光學(xué)低溫恒溫器（attocube attoDRY800）成功攻克了法布里-珀羅腔工程設(shè)計中的難題。該腔體不僅具備較大的可調(diào)性和高機(jī)械穩(wěn)定性，還能通過減振組合在閉循環(huán)條件下的低溫環(huán)境中運行。憑借這一全新的低溫開放式共振腔平臺，作者證明了二維半導(dǎo)體激子極化子的形成是強(qiáng)光-物質(zhì)耦合的標(biāo)志。研究結(jié)果充分表明了該平臺是一種超具發(fā)展前景的實驗硬件，有望為固態(tài)量子技術(shù)領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)步提供強(qiáng)勁的動力。相關(guān)研究成果以《Open-Cavity in Closed-Cycle Cryostat as a Quantum Optics Platform》為題，發(fā)表于國際期刊《PRX Quantum》上。

圖1：在閉式循環(huán)低溫恒溫器中的開放式共振腔。1a由凹面鏡和單層WSe₂構(gòu)成的宏觀鏡組成共振腔。1b-c. 安裝在隔震平臺上的可調(diào)諧組件共振腔示意圖。1d. 用于穩(wěn)定性表征和強(qiáng)耦合操作的實驗裝置示意圖。

圖2：在低溫條件下的機(jī)械振動特性。6.5K時可調(diào)諧共振腔的振動位移。(a)無鎖定和在100 kHz帶寬下有鎖定(b)時的振動位移。(c)10秒以上出現(xiàn)的腔長波動。(d)無鎖定（方）和有鎖定（圓）的位移平均值隨著帶寬的變化。

　　課題組創(chuàng)新性地提出基于光纖的開放法布里-珀羅腔在封閉循環(huán)低溫恒溫器中表現(xiàn)出超高的機(jī)械穩(wěn)定性，并且能夠在全部三個空間方向上實現(xiàn)廣泛的可調(diào)性。實驗中，作者展示了在6.5 K溫度和積分帶寬為100 kHz時，均方根腔長度波動小于90 pm）（如圖1和圖2）。此外，該課題組通過證明單層WSe₂中激子極化子的強(qiáng)耦合形成來確定腔體性能的基準(zhǔn)（如圖3）。

圖3 單層WSe₂在封閉循環(huán)低溫腔中的強(qiáng)耦合。(3a)耦合腔-單層系統(tǒng)的光子共振能量隨壓電調(diào)諧的變化。與激子能量為1.725eV（虛線）的共振時，觀察到避免交叉現(xiàn)象，可作為強(qiáng)耦合的特征。(3b) 從(a)中的數(shù)據(jù)中提取的激子-極化激子峰的能量作與能量失諧的函數(shù)

　　課題組的研究結(jié)果表明，閉式循環(huán)低溫恒溫器中attoDRY800中的開放式共振腔是一個超具研究價值的研究光物質(zhì)相互作用的實驗平臺。它可以容納更復(fù)雜的材料，如具有獨特非線性效應(yīng)的范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)，基于單光子源的量子應(yīng)用，稀土離子的新型量子位，以及量子網(wǎng)絡(luò)中的光物質(zhì)界面。

　　attoDRY800桌面式光學(xué)低溫恒溫器（見圖4）為德國attocube公司設(shè)計研發(fā)的干式閉循環(huán)低溫恒溫器，系統(tǒng)冷頭高度耦合到光學(xué)平臺內(nèi)，可提供4K到320K的變溫環(huán)境。設(shè)備具有極低的震動噪音（Z方向噪音小于5 nm），為國內(nèi)外課題組廣泛應(yīng)用于量子通信、量子點發(fā)光、半導(dǎo)體材料、二維材料等研究領(lǐng)域?；赼ttoDRY800系統(tǒng)，用戶可以進(jìn)行拉曼光譜、熒光光譜等實驗。

圖4. attoDRY800桌面式光學(xué)低溫恒溫器- 可配低溫物鏡，低溫位移臺以及高頻接線等定制配置。

　　attoDRY800桌面式光學(xué)低溫恒溫器已經(jīng)在北京大學(xué)，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所，國家納米科學(xué)中心，南京大學(xué)，武漢大學(xué)，華東師范大學(xué)等單位順利運行，助力中國科學(xué)家的科學(xué)研究。圖5為常見真空罩設(shè)計，其內(nèi)部可配置低溫消色差物鏡以及納米精度位移臺。如果有定制實驗需要可聯(lián)系廠家溝通設(shè)計（例如透射光譜與open cavity等實驗）。

圖5：常見配置-真空罩內(nèi)置低溫物鏡與低溫位移臺。

attoDRY800主要技術(shù)特點：

? 光學(xué)平臺和閉式循環(huán)低溫恒溫器無縫結(jié)合

? 提供無光學(xué)平臺配置：全新一代獨立光學(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：75 mm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)：

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

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

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

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

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

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

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

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

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

? 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/202205101.shtml