低溫強(qiáng)磁場拉曼顯微鏡-cryoRaman
cryoRaman由德國attocube公司與德國WITec公司聯(lián)合開發(fā)。該顯微鏡集成了attocube的低溫恒溫器和納米定位器技術(shù)，以及WITec公司系列顯微鏡的高靈敏度和模塊化設(shè)計(jì)。
該系統(tǒng)融合了高分辨率共焦顯微鏡和超靈敏光學(xué)元件，用于低溫和強(qiáng)磁場下的顯微拉曼光譜。cryoRaman是一個(gè)高度用戶友好的交鑰匙系統(tǒng)，配有激光源（可提供波長532nm、633nm和785nm，其他可根據(jù)要求提供）、超高通量光譜儀，包括Peltier 制冷CCD（FI、DD和EMCCD，根據(jù)要求）和zui先進(jìn)的拉曼控制器/軟件包。
儀器使用一套xyz定位器在幾毫米范圍內(nèi)對樣品進(jìn)行粗略定位，并使用壓電掃描器，即使在低溫下也具有較大的掃描范圍。拉曼圖像是通過相對于激光焦點(diǎn)對樣品進(jìn)行掃描并測量每個(gè)像素的拉曼信號的光譜分布來獲得的。這是次，在高磁場中的至低溫度下進(jìn)行拉曼成像，很容易的獲得無與倫比的空間、光譜和深度分辨率。
對高溫超導(dǎo)體和其他新材料（如石墨烯）的研究導(dǎo)致了對低溫和高磁場下拉曼顯微鏡的大量需求。cryoRaman正好滿足這些需求，并允許用戶在寬溫度范圍（1.8至300 K）和高達(dá)15 T的磁場下記錄拉曼圖像和拉曼光譜。在具有強(qiáng)電子-聲子耦合的材料中，如石墨烯，低溫拉曼光譜是研究樣品機(jī)械和電子性質(zhì)的非常有效的工具。一個(gè)復(fù)雜的軟件允許分析、排序、平均和后處理光譜，使用戶能夠調(diào)查拉曼特征中的精細(xì)細(xì)節(jié)和指紋。
主要特點(diǎn)
→ 以前所未有的分辨率和速度進(jìn)行光譜成像
→ 每個(gè)像素點(diǎn)自動(dòng)獲取拉曼光譜
→ 低振動(dòng)閉循環(huán)低溫恒溫器
→ 大磁場下變溫
→ 變溫范圍：1.8K-300K
→ 磁場強(qiáng)度：9T, 12T, 9T-3T, 9T-1T-1T, 5T-2T-2T
→ 應(yīng)用范圍廣泛: 低溫拉曼與熒光光譜
→ 升功能包含：低波數(shù)與偏振測量。
主要參數(shù)
儀器類型 | 低溫強(qiáng)磁場共聚焦拉曼顯微鏡 |
兼容性 | 頂部進(jìn)樣低溫恒溫器，或者集成到光學(xué)平臺(tái) |
物鏡 | 高數(shù)值孔徑低溫物鏡，LT-APO/532-Raman, LT-APO/633-Raman, LT-APO/NIR，其他物鏡可選 |
主要特征 | 低波數(shù)拉曼測量：探測低于10個(gè)波數(shù)拉曼信號；偏振測量等其他升 |
工作模式 | |
成像模式 | 單點(diǎn)測量或者拉曼，熒光與光致發(fā)光成像 |
可選升 | 偏振控制與分析 |
分辨率 | |
空間分辨率 | 優(yōu)于400納米（532nm激發(fā)光） |
縱向分辨率 | 優(yōu)于2微米（532nm激發(fā)光） |
探測 | |
光譜儀 | 無鏡高通量光譜儀，焦距300mm；其他可選 |
過濾器 | <90cm-1 (RayLine Coupler), <10cm-1 (RayShield Coupler) Raman cut off (可選) |
光柵 | 532nm激發(fā)光：600/mm and 1800/mm (BLZ 500nm)，自動(dòng)化三光柵轉(zhuǎn)臺(tái)；其他可選 |
光譜分辨率 | 優(yōu)于1 cm-1/pixel （1800/mm光柵） |
CCD相機(jī) | 高靈敏度背照式CCD探測器，在20°C室溫下冷卻至-60°C，1024x127像素，90%的量子效率532nm，100kHz讀出；FI, DD, EMCCD等可選 |
視野范圍 | 大于40微米 |
樣品定位 | |
行程范圍 | 5 x 5 x 4.8mm3 |
掃描范圍 | 50 x 50 um2@300K, 30 x 30 um2@4K, |
樣品托 | ASH/QE/8/CFM or ASH/QE/4CX |
工作環(huán)境 | |
溫度范圍 | 4K..320K (attoDRY800 with LT-APO shroud); 1.8K..300K (attoDRY2100) |
磁場范圍 | 大12T（取決于磁體） |
激發(fā)光 | |
激發(fā)波長 | 532nm, 633nm, 785nm， 其他可選 |
掃描控制器與軟件 | |
掃描控制 | 基于WITec USB 3.0 FPGA的掃描器控制低溫掃描器、控制光譜儀和全自動(dòng)化控件（如選） |
軟件 | 功能強(qiáng)大的WITec視頻和數(shù)據(jù)采集軟件包分析 |
其他可選升 | |
自動(dòng)化 | TruePower（校準(zhǔn)激光功率）、自動(dòng)快門、自動(dòng)在白光和拉曼之間切換，自動(dòng)校準(zhǔn) |
軟件升 | TrueMatch：用于光譜分析和建立光譜數(shù)據(jù)庫 |
cryoRaman：功能特點(diǎn)
1、WITec 拉曼光譜儀
WITec拉曼光譜儀是超高通量光譜儀（UHTS），專為高速高分辨率拉曼成像而開發(fā)。我們提供六種不同焦距的模型，以適應(yīng)多種激光激發(fā)波長（UV到IR）和光譜分辨率要求。
· UHTS具有高達(dá)70%的透射率，專門為具有挑戰(zhàn)性的拉曼成像和弱光強(qiáng)光譜應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 · 每個(gè)光譜的采集時(shí)間<1 ms。 · 自動(dòng)三光柵轉(zhuǎn)臺(tái)至多可容納三個(gè)光柵。我們提供多種光柵，以滿足光譜范圍和分辨率的個(gè)別要求。 · 多種類型的CCD相機(jī)，具有優(yōu)異的量子效率。 |
2、偏振光測量
偏振光控制與分析： · 偏振器使線偏振光的方向旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)換成圓偏振光。 · 分析器選擇出射光束的偏振方向。 · 偏振片和分析儀的立旋轉(zhuǎn)，可匹配樣品的晶軸。 · 偏振器和分析儀可以手動(dòng)和電動(dòng)配置。 |
3、超低波數(shù)檢測升
· 允許對小于10 cm-1 的超低波數(shù)信號進(jìn)行拉曼光譜測量 · 提供靠近瑞利線的斯托克斯和反斯托克斯拉曼信號的附加信息 · 提供各種激光波長（488、532、633和785 nm）的專用濾波器組 |
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4. WITec 軟件
· 樣本定位和掃描由新穎直觀的WITec Suite FIVE軟件控制的attocube定位器和掃描器實(shí)現(xiàn)。 · WITec套件五包括一個(gè)強(qiáng)大的軟件環(huán)境，用于數(shù)據(jù)采集、評估和處理，甚至包括大數(shù)據(jù)量和3D掃描。 · 集成向?qū)е笇?dǎo)用戶完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，從初始設(shè)置和采集到數(shù)據(jù)和圖像后處理，并簡化高質(zhì)量圖像的生成。 · 特的手持控制器EasyLink提供了一個(gè)觸覺和即時(shí)界面，用于指導(dǎo)自動(dòng)平移臺(tái)、物鏡轉(zhuǎn)臺(tái)、照明和聚焦。 · TrueMatch軟件（可選升）組件可訪問現(xiàn)有拉曼光譜數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)新數(shù)據(jù)庫。 |
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測試數(shù)據(jù)
■ WSe2樣品低溫拉曼成像與低波數(shù)測量
(a) 低溫拉曼成像，溫度120K。 (b) 不同層數(shù)WSe2的拉曼光譜。(c)低波數(shù)拉曼光譜。
■ 碳納米管低溫拉曼測量：高空間分辨率
(a) 碳納米管拉曼成像，溫度2K。(b，c) 拉曼光強(qiáng)隨空間分布關(guān)系。(c)碳納米管與襯底拉曼光譜。
■ 變溫?zé)晒夤庾V測量
(a-d) 不同溫度下，WSe2熒光光譜峰位成像。(e)不同溫度下，WSe2熒光光譜數(shù)據(jù)。
■ 低溫與強(qiáng)磁場下，偏振拉曼光譜測量
上圖： 雙層與三層WSe2，偏振拉曼光譜測量。溫度2K。
■ 低溫與強(qiáng)磁場下，偏振拉曼光譜測量
上圖： 單層MoS2，偏振拉曼光譜測量。磁場9T，溫度2K。
■ 不同強(qiáng)度磁場下，偏振拉曼光譜測量
上圖： MoS2材料，不同偏振條件，拉曼光譜強(qiáng)度比圖像。不同磁場強(qiáng)度，溫度2K。
發(fā)表文章
· Xiaodong XU, et al. Highly anisotropic excitons and multiple phonon bound states in a van der Waals antiferromagnetic insulator, Nature Nanotechnology (2021)
· Yu YE?, et al. Odd-Even Layer-Number Effect and Layer-Dependent Magnetic Phase Diagrams in MnBi2Te4, Phys. Rev. X 11, 011003, (2021)
· Xiaodong XU, et al. Direct observation of two-dimensional magnons in atomically thin CrI3, Nature Physics 17, 20–25(2021)
· Yanhao Tang , et al. Simulation of Hubbard model physics in WSe2/WS2 moiré superlattices, Nature, 579, 353–358(2020)
· Xiaoxiao ZHANG, et al. Gate-tunable spin waves in antiferromagnetic atomic bilayers,Nature Materials 19, 838–842(2020)
· Nicolas Ubrig?, et al. Design of van der Waals interfaces for broad spectrum optoelectronics, Nature Materials,19,299–304 (2020)
· Xiulai XU, et al. Enhanced Strong Interaction between Nanocavities and p-shell Excitons Beyond the Dipole Approximation. Physical Review Letters, 122,087401(2019)
· Tingxin LI, et al. Pressure-controlled interlayer magnetism in atomically thin CrI3,Nature Materials18, 1303–1308(2019)
· Chaoyang LU, et al. Towards optimal single-photon sources from polarized microcavities, Nature Photonics, 13, 770–775 (2019)
· Surajit Saha, et al. Long-range magnetic coupling across a polar insulating layer, Nature communications, 7:11015, (2016).
· W. YANG, et al. Electrically Tunable Valley-Light Emitting Diode (vLED) Based on CVD-Grown Monolayer WS2. Nano Letters 16, 1560-1567, (2016).
· He, Y. M.; et al. Single quantum emitters in monolayer semiconductors. Nature Nanotechnology 10, 497-502,(2015).
· Shang J.;et al. Observation of Excitonic Fine Structure in a 2D Transition-Metal Dichalcogenide Semiconductor. ACS Nano, 9, 647-655, (2015)
