2026连发4篇Nature！低振动无液氦磁体与恒温器，如何支撑暗激子、莫尔陈铁磁、分数陈绝缘体全系列研究
发布日期：2026-08-04
二维量子材料和莫尔超晶格体系是当下拓扑量子态、强关联电子、纳米光子学领域的核心研究平台。这类体系中本征量子行为、微弱磁光信号极易被热扰动、设备机械振动掩盖，极低温、低噪、强磁场兼容的精密光学测量环境成为实验突破的硬性门槛。
德国attocube公司的低振动无液氦磁体与恒温器attoDRY2100，依托干式闭循环无液氦设计、全机型极致减振降噪架构、1.8K 至室温连续宽变温区间、多规格强磁场 / 矢量磁场可选配置、全自动一体化触屏控制、配套专用低温消色差高 NA 物镜与纳米位移台等核心优势，无需液氦耗材、长期运维成本更低，同时能稳定输出超低噪声极低温强磁场测试环境，完整抑制热涨落与声子散射，精准保留二维材料本征微弱量子光学、磁学信号，是国内外众多课题组研究二维材料中的磁光物理性质标配设备，可拓展实现光学拉曼与荧光光谱测量，电场与磁场调控反射光谱，磁圆二色RMCD, 磁光克尔MOKE， 二次谐波SHG等多种功能。 2026 年已支撑多项《Nature》《Nature Photonics》《Nature Physics》重大成果落地。
案例1丨Nature Photonics: 等离子体异质结构中自旋禁阻暗激子的原位增强与调控
原子级厚度范德华材料中的暗激子为信息传输和纳米光子学应用提供了理想的平台。尽管暗激子难以通过自由空间辐射直接探测，包含等离子体纳米腔的混合异质结构为调控其与光子的相互作用提供了强大的平台。美国Andrea Alù教授课题组在该研究方向取得重大进展，相关成果以《On-site enhancement and control of spin-forbidden dark excitons in a plasmonic heterostructure》为题，发表于国际期刊《Nature Photonics 》上。
图1：暗激子在外磁场存下的性质。a，法拉第配置下，面外磁场调控光致发光测量的示意图。b，由短程交换相互作用引起的暗激子交换分裂。c，PL光谱随磁场变化的数据图。d，CD1的能量变化随磁场的变化关系，由此可得出其g因子。e, 面内磁场调控光致发光测量的示意图。f，由面内磁场引起的导带中电子的倾斜自旋极化。g，PL光谱随面内磁场变化的数据图。h，施加0 T和9 T面内磁场测得的PL光谱；插图展示了暗激子态光谱的放大数据。
研究设计了一种异质结构，该结构由优化的等离子体纳米立方体与封装在薄六方氮化硼层之间的WSe单层相结合而成，旨在揭示一类新型暗激子家族。这些暗激子的发射强度比亮激子强2700倍，从而产生高达3×10⁵的显著增强因子。通过研究这些暗态的磁光响应特性证实了其自旋禁阻特性。此外，通过电掺杂调控费米能级来选择性激活这些暗激子。这些暗激子的显著特征包括窄线宽、长寿命以及优异的电学与磁学调制性能。研究结果显示，此类结构在耦合过程中能够保留二维材料的本征光学特性，为利用光子异质结构探索二维材料中的激子物理提供了新机遇。该平台展现出的现场控制能力以及与无源光子元件的易集成性，使其在纳米光子学及传感应用领域尤为突出。
案例2丨Nature: 莫尔陈铁磁体的光开关特性
光学调控为操控量子材料性质提供了非接触式、高精度且超快的途径。莫里尔超晶格中的分数陈铁磁态为实现拓扑量子计算提供了极具前景的平台，但其有效的光学控制方案至今仍未明确。新加坡高炜博教授课题组在该研究方向取得重大进展，相关成果以《Optical switching of a moiré Chern ferromagnet》为题，发表于国际期刊《Nature》上。
图2 莫尔陈铁磁体(MCF)的零场初始化. a, 圆偏振光诱导的MCF中局部铁磁翻转过程。b，填充因子ν=-1时 MCF 的谷分辨能带结构。圆偏振光能反转不同谷之间的自旋分布。c,器件1在ν=-1、零磁场，用28 nW·μm-2圆偏振光泵浦时，RMCD 信号随温度的变化。d，器件1在不同填充因子 和电场下光致发光（PL）分布图。图e、f：器件1在28 nW·μm-2的σ⁻(e)和σ⁺(f)圆偏振光泵浦下，随ν及电厂变化的 RMCD 对比度图。
图3 莫尔陈铁磁体的光学调控。a. 空穴掺杂魔角MoTe₂中磁态光开关的测量序列。b，零电场条件下，通过改变激光功率，研究样品铁磁态光学开关特性随填充因子的变化关系。c、d：采用器件1中不同泵浦功率时，对于ν = -1和ν = -2/3的铁磁绝缘体，其光学开关特性随电场的变化关系。
图4： 光学调控的效率与鲁棒性研究。a, 铁磁态的光学开关特性随光子能量的变化关系。b，光学调控的泵浦极化态依赖性，四分之一波片（QWP）的角度可变。c，采用左旋与右旋光激发时，实现了重复的铁磁态切换，证明了光学调控方案的鲁棒性。
研究结果展示了利用连续波圆偏振光，在扭曲二碲化钼（MoTe2）双层结构中实现整数与分数陈铁磁体的稳健光学开关。在拓扑铁磁态下，无需外加磁场即可实现对自旋取向的高效光学操控，且所需泵浦光功率低至28 nW·µm-2。利用这种光学诱导跃迁，课题组还演示了磁双态循环以及铁磁畴壁的空间分辨写入。研究为莫尔陈铁磁体建立了可靠且高效的光学控制方案，为无耗散自旋电子学及量子化陈结器件的实现奠定了基础。
案例3丨Nature：整数和分数陈绝缘体的光学控制
魔角MoTe2双层结构（tMoTe2）是一种零场分数陈绝缘体（FCI），其表现出分数量子化反常霍尔效应。由于边缘态的手性及陈数的符号均由底层的铁磁极化所决定，对铁磁性进行调控即可实现对陈绝缘体（CI）/FCI态的控制。美国华盛顿大学许晓栋课题组在该研究方向取得重大进展，相关成果以《Optical control of integer and fractional Chern insulators》为题，发表于国际期刊《Nature 》上。本研究实现了对拓扑量子多体系统的精确光学调控，其潜在应用领域包括拓扑自旋电子学、量子存储器以及通过可编程图案化整数和分数量子化的反常霍尔域来实现奇异边缘态的制备。
图5：莫尔陈铁磁性的直接光调控。a，光学泵浦实验方案：左图中，圆偏振泵浦光可直接翻转CI态的铁磁矩；右图中，利用线偏振激发下的螺旋度分辨PL技术来探测铁磁极化。b，施加光学泵浦前（左图）与施加后（右图）的螺旋度分辨光致发光谱。
在低激发功率下，课题组通过光学训练实现了按需制备铁磁极化——即在螺旋选择性光泵浦条件下，通过电控方式将系统从非铁磁态调控至所需的铁磁态。随着激发功率的增强，进一步实现了在远低于居里温度的条件下对铁磁极化进行直接光开关控制。光学训练与直接切换在CI和FCI态附近均最为有效，这可归因于光泵浦空穴的能隙增强谷极化效应。通过调制光学激发的螺旋度，可实现磁化状态的动态切换；空间分辨测量结果进一步证实了铁磁性以及由此产生的CI（或FCI）畴的光写入过程。
文章所有光学测量均在闭环磁光低温恒温器（attoDRY2100）中进行，系统基底温度为1.6 K。使用高数值孔径非磁性低温物镜对样品进行聚焦和采光。所有数据均在零磁场（即B=0）条件下采集，此前已通过磁场B（例如0.5 T）初始化铁磁极化。
案例4丨六方堆叠莫尔磁体中的可调对称性破缺
对称性在定义磁相的过程中起着核心作用，因此，在磁相变过程中实现可调控的对称性破缺对于发现非平庸磁性而言极为重要。由二维磁性晶体扭转而成的磁莫尔超晶格，已在理论上被提出，并已在实验上得到了探索，有望成为研究非传统磁态的平台。然而，尽管近年来取得了进展，但在莫尔磁性中调控对称性破缺的能力仍较为有限，因为扭转的二维磁体大多继承了其构成层的磁性特性和对称性。美国密歇根大学赵刘燕课题组在该研究方向取得重大进展，相关成果以《Tunable symmetry breaking in a hexagonal-stacked moiré magnet》为题，发表于国际期刊《Nature Physics》上。
图6 魔角 CrI3的磁场依赖性MCD数据及其NV色心磁成像结果。a, 181.1°魔角，温度10K时候，MCD信号随磁场的变化。b, 1.1° 魔角，温度10K时候，MCD信号随磁场的变化。c, 双层CrI3，温度10K，MCD信号随磁场的变化。d, 不同温度下,181.1°魔角，MCD曲线。f, 磁滞回线面积的温度依赖性（图d中红色区域所示）。i，h中矩形区域0 T磁场下的MCD图像。j，图h中矩形区域的在2 T磁场下的MCD图像。k，通过NV色心磁强计测量扫描所得的磁化强度图。
图7：魔角 CrI₃的MCD与拉曼光谱随扭转角的变化关系。a–f：CrI₃在扭转角分别为180°(a)、181.1°(b)、183°(c)、185°(d)和190°(e)时的MCD数据。图g–i：在T = 10 K下，采用线偏振光（入射角θ = 45°，上图；θ = 135°，中图）及圆偏振光（下图），配合扭转角分别为180°(g)、181.1°(h)、183°(i)、185°(j)和190°(k)时的拉曼光谱。
研究展示了六方堆叠扭曲双层CrI3中对称性随扭转角从180°增至190°而呈现的清晰演化过程。尽管在该扭转角范围内净磁化强度仍为零，但磁相变仅破坏了180°处的三重旋转对称性。但在181°至185°之间的中间扭转角处，该体系会破坏所有的旋转对称性、镜像对称性和时间反演对称性；而在190°时，所有破缺的对称性均得以恢复。在中等扭转角处，这种显著的对称性破缺伴随着超磁性行为，具体表现为在零磁场附近出现对称的双磁滞回线。综上所述，结果表明：在中等扭转角下，六方堆叠扭曲双层CrI₃体系会呈现一种独特的莫尔磁相，其特征为具有周期性面内自旋结构，且旋转对称性、镜像对称性及时间反演对称性均被破缺。
适配前沿磁光实验的attoDRY2100
以上研究使用的低震动无液氦磁体与恒温器-attoDRY2100（图8）是一款干式闭循环低温强磁场恒温器。它凭借超卓特性，在本研究及众多前沿科研领域发挥着不可替代的作用。系统可提供1.8K到室温的变温环境，震动噪音极低。其采用全自动控温，通过触屏即可轻松控制温度与磁体。在磁场配置方面，可选择9T、12T以及矢量磁体，以满足不同实验的磁场需求。顶部进样的设计，可快速换样，有效提高了实验效率；目前，attoDRY2100已在国内外众多课题组广泛应用于量子通信、量子点发光、半导体材料、二维材料等研究领域。针对典型实验需求，该产品设计了几种标准显微镜方案方便用户进行拉曼、荧光等常见的测量手段对材料进行光-电-磁物理性质的变温与变磁场环境测量。
图8. 低震动无液氦磁体与恒温器-attoDRY2100- 可以选配低温拉曼显微镜，低温AFM，低温双轴旋转台等配置。
低震动无液氦磁体与恒温器-attoDRY2100 已经在北京大学，半导体所，清华大学，南京大学，复旦大学等单位顺利运行，持续助力各个课题组的科研工作。图9为常见的的低温强磁场拉曼显微镜，该系统集成成熟拉曼显微镜，配置attocube特有的低温消色差物镜以及纳米精度位移台，可以实现对常见二维材料，量子点，纳米线等微纳尺度材料的低温拉曼，荧光光谱，光电流等光电磁学性质测量。2024年3月，德国attocube公司推出了用于超灵敏SPM测量的全新超低振动低温恒温器attoDRY2200。该系统已经在英国，德国，中国等国家进行安装与运行，助力全球用户进行NV色心成像研究。
图9：常见配置-低温强磁场拉曼显微镜。
attoDRY2100主要技术特点：
☛ 超低振动、基于脉冲管的闭环低温恒温器，专为扫描探针显微镜应用而设计
☛ 磁场范围：0~9T ( 可选12T，9T-3T，9T-1T-1T矢量磁体等)
☛ 宽温度范围：1.8 K~300 K
☛ 通过 eNSPIRE 电子设备进行自动化控制，实时绘图，多功能接口
☛ 可选显微镜：AFM/CFM(NV色心研究），AFM（接触式与非接触式）, CFM
☛ 样品定位范围：5×5×4.8 mm3
☛ 扫描范围: 50 μm ×50 μm@300 K, 30 μm ×30 μm@4 K
☛ 商业化探针
☛ 可集成升级 MFM，PFM, ct-AFM, cryoRAMAN, atto3DR等功能
☛全新升级款：用于超灵敏SPM测量的超低振动低温恒温器attoDRY2200
图10：用于超灵敏 SPM 测量的超低振动低温恒温器attoDRY2200
attoDRY2100 部分发表文献：
Xiaodong XU, et al. Optical control of integer and fractional Chern insulators. Nature 649, 1147–1152 (2026).
Kin Fai Mak, et al.Bandwidth-tuned Mott transition and superconductivity in moiré WSe2. Nature 650, 585–591 (2026)
Weibo GAO, et al. Optical switching of a moiré Chern ferromagnet.Nature 650, 580–584 (2026)
Qiong MA, et al. Bistable superlattice switching in a quantum spin Hall insulator. Nature 652, 68–75 (2026)
Andrea Alu, et al. On-site enhancement and control of spin-forbidden dark excitons in a plasmonic heterostructure. Nature Photonics 20, 49–54 (2026)
Liuyan ZHAO, et al. Tunable symmetry breaking in a hexagonal-stacked moiré magnet. Nature Physics 22, 870–876 (2026)
Xing DING, et al. High-efficiency single-photon source above the loss-tolerant threshold for efficient linear optical quantum computing.Nature Photonics, 19, 387–391 (2025)
Qinghai TAN, et al. Enhanced coherence from correlated states in WSe2/MoS2 moiré heterobilayer. Nature Communications 16, : 4518 (2025)
Yu YE, et al. Probing the anomalous Hall transport and magnetic reversal of quasi-two-dimensional antiferromagnet Co1/3NbS2. Nature Communications 16, : 4465 (2025)
Kin Fai Mak, et al. An equilibrium trion liquid in atomic double layers. Science, 6770, 304-307,2025
attoDRY 部分国内用户单位：
