鐵性材料是多種重要技術的基礎，其基本特征是可以通過外場控制鐵性序的翻轉(zhuǎn)，常見的鐵磁材料、鐵電材料的應用涵蓋了從邏輯運算、信息存儲、傳感器等眾多領域。近年來，由面內(nèi)鏡像對稱性破卻引起的新型鐵性序，即鐵轉(zhuǎn)序（ferro-rotational order）開始受到廣泛關注，其取向態(tài)對應于正向或反向旋轉(zhuǎn)的晶格畸變。其序參量是在時間和空間反演對稱操作下保持不變的軸矢量，因此對電磁場均不敏感。該特性阻礙了鐵轉(zhuǎn)序的探測和鐵轉(zhuǎn)取向態(tài)的可控翻轉(zhuǎn)，使其鐵性本質(zhì)受到質(zhì)疑，同時限制了其潛在的應用。

南京大學奚嘯翔團隊與其合作者利用基于自己發(fā)展的圓偏振拉曼散射的實驗方法，對1T-TaS2中由面內(nèi)鏡像對稱性破缺導致的鐵轉(zhuǎn)序進行了靈敏探測，該方法可鑒別公度相（CCDW）與準公度相（NCCDW）所展現(xiàn)的鐵轉(zhuǎn)序取向態(tài)α和β（圖1b, c），且可實現(xiàn)鐵轉(zhuǎn)疇實空間分布的光學成像（圖1d, e）。研究者還成功實現(xiàn)了兩種取向態(tài)之間的可控電學翻轉(zhuǎn)，揭示了鐵轉(zhuǎn)序的鐵性特征。該研究突破了鐵轉(zhuǎn)序取向態(tài)難以被外場翻轉(zhuǎn)的認識，為進一步理解其物理機制奠定了實驗基礎。研究成果于2023年5月以“Electrical switching of ferro-rotational order in nanometre-thick 1T-TaS2 crystals”為題 發(fā)表在《Nature Nanotechnology》上。

原文圖1.（a）CDW晶格畸變形成的兩種鐵轉(zhuǎn)取向態(tài)；（b, c）利用拉曼光譜鑒別CCDW和NCCDW相的兩種鐵轉(zhuǎn)取向態(tài)；（d, e）鐵轉(zhuǎn)疇的拉曼成像圖。

原文圖4.（a, b）鐵轉(zhuǎn)取向態(tài)翻轉(zhuǎn)的電學證據(jù)；（c）晶格畸變導致電荷重新分布的計算結果，箭頭表示局域電偶極子；（d）電場作用于疇壁附近局域電偶極子的示意圖。

該研究工作中變溫拉曼測量使用了Montana超精細多功能無液氦低溫光學系統(tǒng)。該系統(tǒng)以超低振動和超高的溫度穩(wěn)定性被廣泛應用于多種高精度的變溫光譜和顯微成像實驗中。近期，Montana Instruments推出的新一代超精細多功能無液氦低溫光學系統(tǒng)——CryoAdvance，是基于模塊化設計架構的新一代標準化產(chǎn)品。該系統(tǒng)采用特殊減振技術和溫度穩(wěn)定技術，在不犧牲任何便捷性的同時，為實驗提供超高溫度穩(wěn)定性和超低振動環(huán)境。CryoAdvance系列產(chǎn)品具有多種型號、配置、選件與配件可選，能夠滿足每個研究人員的個性化需求。除了標準系統(tǒng)之外也可為用戶提供整體光學測量系統(tǒng)的解決方案。

CryoAdvance技術特點：

自動控制：智能觸摸屏系統(tǒng)，“一鍵式操作”，實時顯示溫度、穩(wěn)定性、真空度等多種指標。

模塊化設計：多種配置可選，快速滿足各種實驗需求，后續(xù)升級簡單。

多通道設計：基本配置已包含光學窗口+直流電學+高頻電學通道。

穩(wěn)定性設計：新設計在變溫和振動穩(wěn)定性上進一步優(yōu)化。

最丶低溫度：3.2K

震動穩(wěn)定性：<5 nm（峰-峰值）

降溫時間： 300K-4.2K~2小時

樣品腔空間：Φ53 mm ×100 mm

光學窗口：5個光學窗口，可選光纖引入

Montana超精細多功能無液氦低溫光學系統(tǒng)

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