低温强磁场拉曼显微镜-cryoRaman
cryoRaman由德国attocube公司与德国WITec公司联合开发。该显微镜集成了attocube的低温恒温器和纳米定位器技术，以及WITec公司系列显微镜的高灵敏度和模块化设计。
该系统融合了高分辨率共焦显微镜和超灵敏光学元件，用于低温和强磁场下的显微拉曼光谱。cryoRaman是一个高度用户友好的交钥匙系统，配有激光源（可提供波长532nm、633nm和785nm，其他可根据要求提供）、超高通量光谱仪，包括Peltier 制冷CCD（FI、DD和EMCCD，根据要求）和zui先进的拉曼控制器/软件包。
仪器使用一套xyz定位器在几毫米范围内对样品进行粗略定位，并使用压电扫描器，即使在低温下也具有较大的扫描范围。拉曼图像是通过相对于激光焦点对样品进行扫描并测量每个像素的拉曼信号的光谱分布来获得的。这是次，在高磁场中的至低温度下进行拉曼成像，很容易的获得无与伦比的空间、光谱和深度分辨率。
对高温超导体和其他新材料（如石墨烯）的研究导致了对低温和高磁场下拉曼显微镜的大量需求。cryoRaman正好满足这些需求，并允许用户在宽温度范围（1.8至300 K）和高达15 T的磁场下记录拉曼图像和拉曼光谱。在具有强电子-声子耦合的材料中，如石墨烯，低温拉曼光谱是研究样品机械和电子性质的非常有效的工具。一个复杂的软件允许分析、排序、平均和后处理光谱，使用户能够调查拉曼特征中的精细细节和指纹。
主要特点
→ 以前所未有的分辨率和速度进行光谱成像
→ 每个像素点自动获取拉曼光谱
→ 低振动闭循环低温恒温器
→ 大磁场下变温
→ 变温范围：1.8K-300K
→ 磁场强度：9T, 12T, 9T-3T, 9T-1T-1T, 5T-2T-2T
→ 应用范围广泛: 低温拉曼与荧光光谱
→ 升功能包含：低波数与偏振测量。
主要参数
仪器类型 | 低温强磁场共聚焦拉曼显微镜 |
兼容性 | 顶部进样低温恒温器，或者集成到光学平台 |
物镜 | 高数值孔径低温物镜，LT-APO/532-Raman, LT-APO/633-Raman, LT-APO/NIR，其他物镜可选 |
主要特征 | 低波数拉曼测量：探测低于10个波数拉曼信号；偏振测量等其他升 |
工作模式 | |
成像模式 | 单点测量或者拉曼，荧光与光致发光成像 |
可选升 | 偏振控制与分析 |
分辨率 | |
空间分辨率 | 优于400纳米（532nm激发光） |
纵向分辨率 | 优于2微米（532nm激发光） |
探测 | |
光谱仪 | 无镜高通量光谱仪，焦距300mm；其他可选 |
过滤器 | <90cm-1 (RayLine Coupler), <10cm-1 (RayShield Coupler) Raman cut off (可选) |
光栅 | 532nm激发光：600/mm and 1800/mm (BLZ 500nm)，自动化三光栅转台；其他可选 |
光谱分辨率 | 优于1 cm-1/pixel （1800/mm光栅） |
CCD相机 | 高灵敏度背照式CCD探测器，在20°C室温下冷却至-60°C，1024x127像素，90%的量子效率532nm，100kHz读出；FI, DD, EMCCD等可选 |
视野范围 | 大于40微米 |
样品定位 | |
行程范围 | 5 x 5 x 4.8mm3 |
扫描范围 | 50 x 50 um2@300K, 30 x 30 um2@4K, |
样品托 | ASH/QE/8/CFM or ASH/QE/4CX |
工作环境 | |
温度范围 | 4K..320K (attoDRY800 with LT-APO shroud); 1.8K..300K (attoDRY2100) |
磁场范围 | 大12T（取决于磁体） |
激发光 | |
激发波长 | 532nm, 633nm, 785nm， 其他可选 |
扫描控制器与软件 | |
扫描控制 | 基于WITec USB 3.0 FPGA的扫描器控制低温扫描器、控制光谱仪和全自动化控件（如选） |
软件 | 功能强大的WITec视频和数据采集软件包分析 |
其他可选升 | |
自动化 | TruePower（校准激光功率）、自动快门、自动在白光和拉曼之间切换，自动校准 |
软件升 | TrueMatch：用于光谱分析和建立光谱数据库 |
cryoRaman：功能特点
1、WITec 拉曼光谱仪
WITec拉曼光谱仪是超高通量光谱仪（UHTS），专为高速高分辨率拉曼成像而开发。我们提供六种不同焦距的模型，以适应多种激光激发波长（UV到IR）和光谱分辨率要求。
· UHTS具有高达70%的透射率，专门为具有挑战性的拉曼成像和弱光强光谱应用而设计。 · 每个光谱的采集时间<1 ms。 · 自动三光栅转台至多可容纳三个光栅。我们提供多种光栅，以满足光谱范围和分辨率的个别要求。 · 多种类型的CCD相机，具有优异的量子效率。 |
2、偏振光测量
偏振光控制与分析： · 偏振器使线偏振光的方向旋转或转换成圆偏振光。 · 分析器选择出射光束的偏振方向。 · 偏振片和分析仪的立旋转，可匹配样品的晶轴。 · 偏振器和分析仪可以手动和电动配置。 |
3、超低波数检测升
· 允许对小于10 cm-1 的超低波数信号进行拉曼光谱测量 · 提供靠近瑞利线的斯托克斯和反斯托克斯拉曼信号的附加信息 · 提供各种激光波长（488、532、633和785 nm）的专用滤波器组 |
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4. WITec 软件
· 样本定位和扫描由新颖直观的WITec Suite FIVE软件控制的attocube定位器和扫描器实现。 · WITec套件五包括一个强大的软件环境，用于数据采集、评估和处理，甚至包括大数据量和3D扫描。 · 集成向导指导用户完成整个实验，从初始设置和采集到数据和图像后处理，并简化高质量图像的生成。 · 特的手持控制器EasyLink提供了一个触觉和即时界面，用于指导自动平移台、物镜转台、照明和聚焦。 · TrueMatch软件（可选升）组件可访问现有拉曼光谱数据库，并开发新数据库。 |
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测试数据
■ WSe2样品低温拉曼成像与低波数测量
(a) 低温拉曼成像，温度120K。 (b) 不同层数WSe2的拉曼光谱。(c)低波数拉曼光谱。
■ 碳纳米管低温拉曼测量：高空间分辨率
(a) 碳纳米管拉曼成像，温度2K。(b，c) 拉曼光强随空间分布关系。(c)碳纳米管与衬底拉曼光谱。
■ 变温荧光光谱测量
(a-d) 不同温度下，WSe2荧光光谱峰位成像。(e)不同温度下，WSe2荧光光谱数据。
■ 低温与强磁场下，偏振拉曼光谱测量
上图： 双层与三层WSe2，偏振拉曼光谱测量。温度2K。
■ 低温与强磁场下，偏振拉曼光谱测量
上图： 单层MoS2，偏振拉曼光谱测量。磁场9T，温度2K。
■ 不同强度磁场下，偏振拉曼光谱测量
上图： MoS2材料，不同偏振条件，拉曼光谱强度比图像。不同磁场强度，温度2K。
发表文章
· Xiaodong XU, et al. Highly anisotropic excitons and multiple phonon bound states in a van der Waals antiferromagnetic insulator, Nature Nanotechnology (2021)
· Yu YE?, et al. Odd-Even Layer-Number Effect and Layer-Dependent Magnetic Phase Diagrams in MnBi2Te4, Phys. Rev. X 11, 011003, (2021)
· Xiaodong XU, et al. Direct observation of two-dimensional magnons in atomically thin CrI3, Nature Physics 17, 20–25(2021)
· Yanhao Tang , et al. Simulation of Hubbard model physics in WSe2/WS2 moiré superlattices, Nature, 579, 353–358(2020)
· Xiaoxiao ZHANG, et al. Gate-tunable spin waves in antiferromagnetic atomic bilayers,Nature Materials 19, 838–842(2020)
· Nicolas Ubrig?, et al. Design of van der Waals interfaces for broad spectrum optoelectronics, Nature Materials,19,299–304 (2020)
· Xiulai XU, et al. Enhanced Strong Interaction between Nanocavities and p-shell Excitons Beyond the Dipole Approximation. Physical Review Letters, 122,087401(2019)
· Tingxin LI, et al. Pressure-controlled interlayer magnetism in atomically thin CrI3,Nature Materials18, 1303–1308(2019)
· Chaoyang LU, et al. Towards optimal single-photon sources from polarized microcavities, Nature Photonics, 13, 770–775 (2019)
· Surajit Saha, et al. Long-range magnetic coupling across a polar insulating layer, Nature communications, 7:11015, (2016).
· W. YANG, et al. Electrically Tunable Valley-Light Emitting Diode (vLED) Based on CVD-Grown Monolayer WS2. Nano Letters 16, 1560-1567, (2016).
· He, Y. M.; et al. Single quantum emitters in monolayer semiconductors. Nature Nanotechnology 10, 497-502,(2015).
· Shang J.;et al. Observation of Excitonic Fine Structure in a 2D Transition-Metal Dichalcogenide Semiconductor. ACS Nano, 9, 647-655, (2015)
