功能量子材料中磁有序結構為探索基于自旋的物理現象提供了豐富的研究對象。尤其在量子材料中存在自旋和其他微觀自由度之間發現可調諧耦合的情況時，就可以在自旋電子學、磁記憶和量子信息科學等諸多方面得到應用。

    有鑒于此，近日，美國賓夕法尼亞州立大學Venkatraman Gopalan，Hari Padmanabhan和加州大學圣迭戈分校Richard D. Averitt（共同通訊作者）課題組合作提出了層狀磁性拓撲絕緣體MnBi₂Te₄層間磁-聲子耦合的證據，文章以 “Interlayer magnetophononic coupling in MnBi₂Te₄”為題刊登在Nature communications上。本文使用了低溫拉曼光譜及基于超精準全開放強磁場低溫光學研究平臺-OptiCool的低溫磁場超快光譜、瞬態對磁聲耦合進行了深入研究。

    層狀反鐵磁材料Mn(Bi,Sb)₂nTe_{3n + 1}家族是拓撲絕緣體中個由實驗證實存在本征磁有序的體系。且層間磁序與拓撲密切相關，以往實驗證明了量子反常霍爾與軸子絕緣子狀態之間的切換，并實現了場驅動的Weyl半金屬態。在這種背景下，層間交換和其他微觀自由度之間新的高效耦合途徑的研究可能為磁性和拓撲的動態操縱打開途徑。該工作中采用了低溫拉曼測量，基于密度泛函理論的計算等證明了磁性與聲子存在耦合作用。隨著磁場增加，在MnBi₂Te₄層間磁序由反鐵磁過渡到鐵磁后，觀察到A_1g拉曼峰出現了明顯的減弱。

原文圖1、MnBi₂Te₄磁性相變中的聲子異常現象觀測

    此外作者使用了基于OptiCool的低溫磁場超快光譜測量、瞬態對于磁聲耦合的時域特征進行了研究。展示了通過超快的激發對MnBi₂Te₄進行調控的可能性。由于MnBi₂Te₄中磁性與拓撲結構之間的密切聯系，磁-聲子耦合的發現意味著向磁性拓撲相的調控邁出了重要一步。

原文圖4、磁-聲子耦合的超快特征研究

設備簡介

OptiCool超精準全開放強磁場低溫光學研究平臺

    OptiCool是Quantum Design于2018年2月推出的超精準全開放強磁場低溫光學研究平臺，創新獨特的設計方案確保樣品可以處于光路的關鍵位置。系統擁有3.8英寸超大樣品腔、雙錐型劈裂磁體，可在超大空間為您提供高達±7T的磁場。多達7個側面窗口、1個頂部超大窗口方便光線由各個方向引入樣品腔，高度集成式的設計讓您的樣品在擁有低溫磁場的同時擺脫大型低溫系統的各種束縛。

OptiCool技術特點：

?  全干式系統：完全無液氦系統，脈管制冷機。

?  8個光學窗口：7個側面窗口，1個頂部窗口

?  超大磁場：±7T

?  超低震動：<10 nm  峰-峰值

?  超大空間：Φ89 mm×84 mm

?  精準控溫：1.7K~350K全溫區精準控溫

?  新型磁體：同時滿足超大磁場均勻區、大數值孔徑的要求

?  近工作距離選件：可選3 mm工作距離窗口，增透膜可選^New

?  集成物鏡：集成真空物鏡、低溫物鏡、用戶自定義物鏡^New

?  控制柜電隔離：為確保微弱信號樣品的電學測量，避免信號微擾的可能性^New

?  樣品移動：可集成低溫位移器^New

?  光纖選件：系統可集成光纖通道^New

?  氣路選件：系統可以集成氣路，便于使用氣膜高壓腔進行高壓光學測量^New

?  底部窗口選件：可實現樣品腔底部窗口，方面進行縱向的透射光學實驗^New

相關產品：

1、超精準全開放強磁場低溫光學研究平臺-OptiCool

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