二維量子材料和莫爾超晶格體系是當(dāng)下拓?fù)淞孔討B(tài)、強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子、納米光子學(xué)領(lǐng)域的核心研究平臺(tái)。這類體系中本征量子行為、微弱磁光信號(hào)極易被熱擾動(dòng)、設(shè)備機(jī)械振動(dòng)掩蓋，極低溫、低噪、強(qiáng)磁場兼容的精密光學(xué)測量環(huán)境成為實(shí)驗(yàn)突破的硬性門檻。

德國attocube公司的低振動(dòng)無液氦磁體與恒溫器attoDRY2100，依托干式閉循環(huán)無液氦設(shè)計(jì)、全機(jī)型減振降噪架構(gòu)、1.8K 至室溫連續(xù)寬變溫區(qū)間、多規(guī)格強(qiáng)磁場 / 矢量磁場可選配置、全自動(dòng)一體化觸屏控制、配套專用低溫消色差高 NA 物鏡與納米位移臺(tái)等核心優(yōu)勢，無需液氦耗材、長期運(yùn)維成本更低，同時(shí)能穩(wěn)定輸出超低噪聲極低溫強(qiáng)磁場測試環(huán)境，完整抑制熱漲落與聲子散射，精準(zhǔn)保留二維材料本征微弱量子光學(xué)、磁學(xué)信號(hào)，是國內(nèi)外眾多課題組研究二維材料中的磁光物理性質(zhì)標(biāo)配設(shè)備，可拓展實(shí)現(xiàn)光學(xué)拉曼與熒光光譜測量，電場與磁場調(diào)控反射光譜，磁圓二色RMCD, 磁光克爾MOKE， 二次諧波SHG等多種功能。 2026 年已支撐多項(xiàng)《Nature》《Nature Photonics》《Nature Physics》重大成果落地。

案例1丨Nature Photonics: 等離子體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中自旋禁阻暗激子的原位增強(qiáng)與調(diào)控

原子級(jí)厚度范德華材料中的暗激子為信息傳輸和納米光子學(xué)應(yīng)用提供了理想的平臺(tái)。盡管暗激子難以通過自由空間輻射直接探測，包含等離子體納米腔的混合異質(zhì)結(jié)構(gòu)為調(diào)控其與光子的相互作用提供了平臺(tái)。美國Andrea Alù教授課題組在該研究方向取得重大進(jìn)展，相關(guān)成果以《On-site enhancement and control of spin-forbidden dark excitons in a plasmonic heterostructure》為題，發(fā)表于國際期刊《Nature Photonics 》上。

圖1：暗激子在外磁場存下的性質(zhì)。a，法拉第配置下，面外磁場調(diào)控光致發(fā)光測量的示意圖。b，由短程交換相互作用引起的暗激子交換分裂。c，PL光譜隨磁場變化的數(shù)據(jù)圖。d，CD1的能量變化隨磁場的變化關(guān)系，由此可得出其g因子。e, 面內(nèi)磁場調(diào)控光致發(fā)光測量的示意圖。f，由面內(nèi)磁場引起的導(dǎo)帶中電子的傾斜自旋極化。g，PL光譜隨面內(nèi)磁場變化的數(shù)據(jù)圖。h，施加0 T和9 T面內(nèi)磁場測得的PL光譜；插圖展示了暗激子態(tài)光譜的放大數(shù)據(jù)。

研究設(shè)計(jì)了一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由優(yōu)化的等離子體納米立方體與封裝在薄六方氮化硼層之間的WSe單層相結(jié)合而成，旨在揭示一類新型暗激子家族。這些暗激子的發(fā)射強(qiáng)度比亮激子強(qiáng)2700倍，從而產(chǎn)生高達(dá)3×10?的顯著增強(qiáng)因子。通過研究這些暗態(tài)的磁光響應(yīng)特性證實(shí)了其自旋禁阻特性。此外，通過電摻雜調(diào)控費(fèi)米能級(jí)來選擇性激活這些暗激子。這些暗激子的顯著特征包括窄線寬、長壽命以及優(yōu)異的電學(xué)與磁學(xué)調(diào)制性能。研究結(jié)果顯示，此類結(jié)構(gòu)在耦合過程中能夠保留二維材料的本征光學(xué)特性，為利用光子異質(zhì)結(jié)構(gòu)探索二維材料中的激子物理提供了新機(jī)遇。該平臺(tái)展現(xiàn)出的現(xiàn)場控制能力以及與無源光子元件的易集成性，使其在納米光子學(xué)及傳感應(yīng)用領(lǐng)域尤為突出。

案例2丨Nature: 莫爾陳鐵磁體的光開關(guān)特性

光學(xué)調(diào)控為操控量子材料性質(zhì)提供了非接觸式、高精度且超快的途徑。莫里爾超晶格中的分?jǐn)?shù)陳鐵磁態(tài)為實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算提供了具有前景的平臺(tái)，但其有效的光學(xué)控制方案至今仍未明確。新加坡高煒博教授課題組在該研究方向取得重大進(jìn)展，相關(guān)成果以《Optical switching of a moiré Chern ferromagnet》為題，發(fā)表于國際期刊《Nature》上。

圖2 莫爾陳鐵磁體(MCF)的零場初始化. a, 圓偏振光誘導(dǎo)的MCF中局部鐵磁翻轉(zhuǎn)過程。b，填充因子ν=-1時(shí) MCF 的谷分辨能帶結(jié)構(gòu)。圓偏振光能反轉(zhuǎn)不同谷之間的自旋分布。c,器件1在ν=-1、零磁場，用28 nW·μm-2圓偏振光泵浦時(shí)，RMCD 信號(hào)隨溫度的變化。d，器件1在不同填充因子 和電場下光致發(fā)光（PL）分布圖。圖e、f：器件1在28 nW·μm-2的σ?(e)和σ?(f)圓偏振光泵浦下，隨ν及電廠變化的 RMCD 對(duì)比度圖。

圖3 莫爾陳鐵磁體的光學(xué)調(diào)控。a. 空穴摻雜魔角MoTe?中磁態(tài)光開關(guān)的測量序列。b，零電場條件下，通過改變激光功率，研究樣品鐵磁態(tài)光學(xué)開關(guān)特性隨填充因子的變化關(guān)系。c、d：采用器件1中不同泵浦功率時(shí)，對(duì)于ν = -1和ν = -2/3的鐵磁絕緣體，其光學(xué)開關(guān)特性隨電場的變化關(guān)系。

圖4： 光學(xué)調(diào)控的效率與魯棒性研究。a, 鐵磁態(tài)的光學(xué)開關(guān)特性隨光子能量的變化關(guān)系。b，光學(xué)調(diào)控的泵浦極化態(tài)依賴性，四分之一波片（QWP）的角度可變。c，采用左旋與右旋光激發(fā)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了重復(fù)的鐵磁態(tài)切換，證明了光學(xué)調(diào)控方案的魯棒性。

研究結(jié)果展示了利用連續(xù)波圓偏振光，在扭曲二碲化鉬（MoTe₂）雙層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)整數(shù)與分?jǐn)?shù)陳鐵磁體的穩(wěn)健光學(xué)開關(guān)。在拓?fù)滂F磁態(tài)下，無需外加磁場即可實(shí)現(xiàn)對(duì)自旋取向的高效光學(xué)操控，且所需泵浦光功率低至28 nW·µm^-2。利用這種光學(xué)誘導(dǎo)躍遷，課題組還演示了磁雙態(tài)循環(huán)以及鐵磁疇壁的空間分辨寫入。研究為莫爾陳鐵磁體建立了可靠且高效的光學(xué)控制方案，為無耗散自旋電子學(xué)及量子化陳結(jié)器件的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

案例3丨Nature：整數(shù)和分?jǐn)?shù)陳絕緣體的光學(xué)控制

魔角MoTe₂雙層結(jié)構(gòu)（tMoTe₂）是一種零場分?jǐn)?shù)陳絕緣體（FCI），其表現(xiàn)出分?jǐn)?shù)量子化反常霍爾效應(yīng)。由于邊緣態(tài)的手性及陳數(shù)的符號(hào)均由底層的鐵磁極化所決定，對(duì)鐵磁性進(jìn)行調(diào)控即可實(shí)現(xiàn)對(duì)陳絕緣體（CI）/FCI態(tài)的控制。美國華盛頓大學(xué)許曉棟課題組在該研究方向取得重大進(jìn)展，相關(guān)成果以《Optical control of integer and fractional Chern insulators》為題，發(fā)表于國際期刊《Nature 》上。本研究實(shí)現(xiàn)了對(duì)拓?fù)淞孔佣囿w系統(tǒng)的精確光學(xué)調(diào)控，其潛在應(yīng)用領(lǐng)域包括拓?fù)渥孕娮訉W(xué)、量子存儲(chǔ)器以及通過可編程圖案化整數(shù)和分?jǐn)?shù)量子化的反常霍爾域來實(shí)現(xiàn)奇異邊緣態(tài)的制備。

圖5：莫爾陳鐵磁性的直接光調(diào)控。a，光學(xué)泵浦實(shí)驗(yàn)方案：左圖中，圓偏振泵浦光可直接翻轉(zhuǎn)CI態(tài)的鐵磁矩；右圖中，利用線偏振激發(fā)下的螺旋度分辨PL技術(shù)來探測鐵磁極化。b，施加光學(xué)泵浦前（左圖）與施加后（右圖）的螺旋度分辨光致發(fā)光譜。

在低激發(fā)功率下，課題組通過光學(xué)訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)了按需制備鐵磁極化——即在螺旋選擇性光泵浦條件下，通過電控方式將系統(tǒng)從非鐵磁態(tài)調(diào)控至所需的鐵磁態(tài)。隨著激發(fā)功率的增強(qiáng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了在遠(yuǎn)低于居里溫度的條件下對(duì)鐵磁極化進(jìn)行直接光開關(guān)控制。光學(xué)訓(xùn)練與直接切換在CI和FCI態(tài)附近均最為有效，這可歸因于光泵浦空穴的能隙增強(qiáng)谷極化效應(yīng)。通過調(diào)制光學(xué)激發(fā)的螺旋度，可實(shí)現(xiàn)磁化狀態(tài)的動(dòng)態(tài)切換；空間分辨測量結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了鐵磁性以及由此產(chǎn)生的CI（或FCI）疇的光寫入過程。

文章所有光學(xué)測量均在閉環(huán)磁光低溫恒溫器（attoDRY2100）中進(jìn)行，系統(tǒng)基底溫度為1.6 K。使用高數(shù)值孔徑非磁性低溫物鏡對(duì)樣品進(jìn)行聚焦和采光。所有數(shù)據(jù)均在零磁場（即B=0）條件下采集，此前已通過磁場B（例如0.5 T）初始化鐵磁極化。

案例4丨六方堆疊莫爾磁體中的可調(diào)對(duì)稱性破缺

對(duì)稱性在定義磁相的過程中起著核心作用，因此，在磁相變過程中實(shí)現(xiàn)可調(diào)控的對(duì)稱性破缺對(duì)于發(fā)現(xiàn)非平庸磁性而言極為重要。由二維磁性晶體扭轉(zhuǎn)而成的磁莫爾超晶格，已在理論上被提出，并已在實(shí)驗(yàn)上得到了探索，有望成為研究非傳統(tǒng)磁態(tài)的平臺(tái)。然而，盡管近年來取得了進(jìn)展，但在莫爾磁性中調(diào)控對(duì)稱性破缺的能力仍較為有限，因?yàn)榕まD(zhuǎn)的二維磁體大多繼承了其構(gòu)成層的磁性特性和對(duì)稱性。美國密歇根大學(xué)趙劉燕課題組在該研究方向取得重大進(jìn)展，相關(guān)成果以《Tunable symmetry breaking in a hexagonal-stacked moiré magnet》為題，發(fā)表于國際期刊《Nature Physics》上。

圖6  魔角 CrI₃的磁場依賴性MCD數(shù)據(jù)及其NV色心磁成像結(jié)果。a, 181.1°魔角，溫度10K時(shí)候，MCD信號(hào)隨磁場的變化。b, 1.1° 魔角，溫度10K時(shí)候，MCD信號(hào)隨磁場的變化。c, 雙層CrI₃，溫度10K，MCD信號(hào)隨磁場的變化。d, 不同溫度下,181.1°魔角，MCD曲線。f, 磁滯回線面積的溫度依賴性（圖d中紅色區(qū)域所示）。i，h中矩形區(qū)域0 T磁場下的MCD圖像。j，圖h中矩形區(qū)域的在2 T磁場下的MCD圖像。k，通過NV色心磁強(qiáng)計(jì)測量掃描所得的磁化強(qiáng)度圖。

圖7：魔角 CrI?的MCD與拉曼光譜隨扭轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。a–f：CrI?在扭轉(zhuǎn)角分別為180°(a)、181.1°(b)、183°(c)、185°(d)和190°(e)時(shí)的MCD數(shù)據(jù)。圖g–i：在T = 10 K下，采用線偏振光（入射角θ = 45°，上圖；θ = 135°，中圖）及圓偏振光（下圖），配合扭轉(zhuǎn)角分別為180°(g)、181.1°(h)、183°(i)、185°(j)和190°(k)時(shí)的拉曼光譜。

研究展示了六方堆疊扭曲雙層CrI3中對(duì)稱性隨扭轉(zhuǎn)角從180°增至190°而呈現(xiàn)的清晰演化過程。盡管在該扭轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)凈磁化強(qiáng)度仍為零，但磁相變僅破壞了180°處的三重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。但在181°至185°之間的中間扭轉(zhuǎn)角處，該體系會(huì)破壞所有的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性、鏡像對(duì)稱性和時(shí)間反演對(duì)稱性；而在190°時(shí)，所有破缺的對(duì)稱性均得以恢復(fù)。在中等扭轉(zhuǎn)角處，這種顯著的對(duì)稱性破缺伴隨著超磁性行為，具體表現(xiàn)為在零磁場附近出現(xiàn)對(duì)稱的雙磁滯回線。綜上所述，結(jié)果表明：在中等扭轉(zhuǎn)角下，六方堆疊扭曲雙層CrI?體系會(huì)呈現(xiàn)一種獨(dú)特的莫爾磁相，其特征為具有周期性面內(nèi)自旋結(jié)構(gòu)，且旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性、鏡像對(duì)稱性及時(shí)間反演對(duì)稱性均被破缺。

適配前沿磁光實(shí)驗(yàn)的attoDRY2100

以上研究使用的低震動(dòng)無液氦磁體與恒溫器-attoDRY2100（圖8）是一款干式閉循環(huán)低溫強(qiáng)磁場恒溫器。它憑借超卓特性，在本研究及眾多前沿科研領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。系統(tǒng)可提供1.8K到室溫的變溫環(huán)境，震動(dòng)噪音極低。其采用全自動(dòng)控溫，通過觸屏即可輕松控制溫度與磁體。在磁場配置方面，可選擇9T、12T以及矢量磁體，以滿足不同實(shí)驗(yàn)的磁場需求。頂部進(jìn)樣的設(shè)計(jì)，可快速換樣，有效提高了實(shí)驗(yàn)效率；目前，attoDRY2100已在國內(nèi)外眾多課題組廣泛應(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。針對(duì)典型實(shí)驗(yàn)需求，該產(chǎn)品設(shè)計(jì)了幾種標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡方案方便用戶進(jìn)行拉曼、熒光等常見的測量手段對(duì)材料進(jìn)行光-電-磁物理性質(zhì)的變溫與變磁場環(huán)境測量。

圖8. 低震動(dòng)無液氦磁體與恒溫器-attoDRY2100- 可以選配低溫拉曼顯微鏡，低溫AFM，低溫雙軸旋轉(zhuǎn)臺(tái)等配置。

低震動(dòng)無液氦磁體與恒溫器-attoDRY2100 已經(jīng)在北京大學(xué)，半導(dǎo)體所，清華大學(xué)，南京大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)等單位順利運(yùn)行，持續(xù)助力各個(gè)課題組的科研工作。圖9為常見的的低溫強(qiáng)磁場拉曼顯微鏡，該系統(tǒng)集成成熟拉曼顯微鏡，配置attocube的低溫消色差物鏡以及納米精度位移臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)常見二維材料，量子點(diǎn)，納米線等微納尺度材料的低溫拉曼，熒光光譜，光電流等光電磁學(xué)性質(zhì)測量。2024年3月，德國attocube公司推出了用于超靈敏SPM測量的全新超低振動(dòng)低溫恒溫器attoDRY2200。該系統(tǒng)已經(jīng)在英國，德國，中國等國家進(jìn)行安裝與運(yùn)行，助力全球用戶進(jìn)行NV色心成像研究。

圖9：常見配置-低溫強(qiáng)磁場拉曼顯微鏡。

attoDRY2100主要技術(shù)特點(diǎn)：

? 超低振動(dòng)、基于脈沖管的閉環(huán)低溫恒溫器，專為掃描探針顯微鏡應(yīng)用而設(shè)計(jì)

? 磁場范圍：0~9T ( 可選12T，9T-3T，9T-1T-1T矢量磁體等)

? 寬溫度范圍：1.8 K~300 K

? 通過 eNSPIRE 電子設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，實(shí)時(shí)繪圖，多功能接口

? 可選顯微鏡：AFM/CFM(NV色心研究），AFM（接觸式與非接觸式）, CFM

? 樣品定位范圍：5×5×4.8 mm³

? 掃描范圍: 50 μm ×50 μm@300 K, 30 μm ×30 μm@4 K   

? 商業(yè)化探針

? 可集成升級(jí) MFM，PFM, ct-AFM, cryoRAMAN, atto3DR等功能

?全新升級(jí)款：用于超靈敏SPM測量的超低振動(dòng)低溫恒溫器attoDRY2200

圖10：用于超靈敏 SPM 測量的超低振動(dòng)低溫恒溫器attoDRY2200

attoDRY2100 部分發(fā)表文獻(xiàn)：

• 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 Co_1/3NbS₂. Nature Communications 16, : 4465 (2025)

• Kin Fai Mak, et al. An equilibrium trion liquid in atomic double layers. Science, 6770, 304-307,2025

attoDRY 部分國內(nèi)用戶單位：