连续登顶Nature子刊！强磁场低温光学平台助力多领域研究获重要进展，多种光谱测量方案让OptiCool如虎添翼
发布日期：2026-01-14
OptiCool是美国QuantumDesign推出的一款全新超精准全开放强磁场低温光学研究平台，近年来在磁性材料、光电子学、二维材料等领域研究中做出了重要贡献。由于系统集出色的温度控制、磁场控制、光学特性、电学通道于一身，越来越多的重要研究中出现了OptiCool的身影，充分展现了其强大的技术优势和广泛的适用性。本文结合近期发表的两篇《Nature》子刊文章介绍OptiCool的相关应用，并探讨综合光学测量方案为科研工作带来的便利。
一、光学测量方案之RMCD：揭示微观磁性界面的奥秘
在磁性材料的研究中，OptiCool设备出色的极低温强磁场环境为研究者提供了强大的实验支持，尤其在二维材料领域的研究中起到了关键作用。以CrPS4这一典型的二维反铁磁（AFM）材料为例，其独特的反铁磁-铁磁界面现象一直是磁性研究中的难题。近期Nature materials杂志发表了题为“Configurable antiferromagnetic domains and lateral exchange bias in atomically thin CrPS4”的论文，这一重要工作来自波士顿学院的Yu-Xuan Wang研究团队。研究人员通过OptiCool设备提供的精确温控条件，通过磁圆二色性（RMCD）成功探测到CrPS4材料在不同层次之间的微观磁性变化。
CrPS4偶数-奇数界面处的横向交换偏置
CrPS4材料在二维极限下，表现出独特的磁性行为，尤其是其层间交换偏置效应，这一现象在低温条件下得到了充分的验证。通过使用OptiCool设备，研究人员能够在极低温度下稳定控制样品温度，进行高精度的磁光测量，并揭示了在反铁磁（AFM）区域与铁磁（FM）区域之间的交换偏置机制。这一发现不仅丰富了二维磁性材料的理论体系，而且为未来磁性存储、量子计算等领域的发展提供了新的思路。
此外，OptiCool设备还帮助研究者深入理解了CrPS4材料中的反铁磁-铁磁相互作用，提出了通过调控不同厚度层的磁性行为来实现多级交换偏置的方案。这一研究为磁性材料在高密度信息存储和自旋电子学中的应用奠定了基础，对未来磁性材料的功能化设计具有重要的指导意义。
二、光学测量方案之SHG：二维拓扑半金属TaIrTe4太赫兹传感器
灵敏、宽带和快速的太赫兹探测器，是太赫兹传感技术研究的关键技术。热辐射计体积大、速度慢。肖特基二极管之类的电子太赫兹探测器速度快，但频率窗口狭窄，窗口外灵敏度会迅速下降。威斯康星大学麦迪逊分校Tairan Xi团队发现了一种二维拓扑半金属TaIrTe4，具有较大的室温非线性霍尔效应，并且这种效应和太赫兹非线性电动力学之间存在相互作用，可以作为太赫兹传感的机制。以此原理制备的光电探测器，在室温0.1–10THz宽带光谱范围内，表现出了高灵敏度和较大的零偏置响应度，并具有皮秒量级的本征超快响应时间。此外，还发现二维极限下的强电子关联效应会导致显著的能带重整化，可进一步提升响应度。由于少层材料中较弱的介电屏蔽效应，通过原位静电栅压可实现对电子关联强度和太赫兹整流性能的调控。
薄层TaIrTe4中大的非线性霍尔效应
基于OptiCool的二次谐波（SHG）测量作为一种非线性光学测量技术，通过激发材料并测量其发射的第二次谐波信号，可以提供关于材料对称性的重要信息。在本研究中SHG被用来确认TaIrTe4这种二维拓扑半金属的空间对称性变化，特别是其从三维到二维极限的过渡。在本工作中作者通过SHG测量验证TaIrTe4在从体材料到单层材料的过程中，空间群对称性发生了改变。这一变化是由于薄层TaIrTe4样品缺乏螺旋轴和滑移平面对称性，从而使得其非中心对称性质得以显现，并为后续的非线性霍尔效应（NHE）提供了理论基础。本工作以“Terahertz sensing based on the nonlinear electrodynamics of the two-dimensional correlated topological semimetal TaIrTe4”为题发表在Nature Electronics上。
三、低温强磁场光学测量一站式解决方案
OptiCool设备在磁性材料、光电子学及热电性能测试等多个研究领域的成功应用，证明了其在科研中的重要作用。通过为科研人员提供精准的温度和磁场环境，OptiCool帮助推动了多个前沿领域的技术进步，促进了新材料、新技术的发现和应用。为了提高科研效率，最大限度发挥OptiCool的价值，Quantum Design中国子公司综合了使用频率较高的光学测量方案，推出了低温强磁场全光谱测量系统。
低温强磁场全光谱测量系统
Quantum Design采用模块化的光路搭建与控制技术，开发了多种整体化测量解决方案。为了提高设备的使用效率，系统支持多种光路的自动化切换，一套OptiCool即可满足不同的测量要求，实现多种光学测量功能。通过软件和步进马达实现光路自动化切换，避免了手动切换光路后需要反复调试的情况。整体化解决方案的推出使低温强磁场光学实验进入一键操控时代。
目前已经支持的实验方案有荧光，荧光寿命，拉曼光谱，偏振分辨二次谐波，光电流，磁光克尔、磁圆二色、角分辨、超快泵浦测量等可供用户选择。
