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重大的科学突破往往是由新技术和仪器实现的。一种新型的近场光学显微镜，在极端温度和磁场下具有高分辨率成像，可以为量子计算技术和拓扑研究做到这一点。
Kim等人提出了一种sub-2开尔文低温磁赫兹散射型扫描近场光学显微镜（cm-THz-sSNOM）。太赫兹sSNOM成像使用照射在小金属尖端上的300微米波长光在纳米尺度上绘制材料，允许以深亚波长，20纳米空间精度测量局部材料特性 - 比所用光的波长小15，000倍。经过几年的努力，研究人员能够展示出一种改进的sSNOM平台，该平台在极端操作条件下具有无与伦比的分辨率能力。
“我们在空间，时间和能量方面提高了分辨率，”作者Jigang Wang说。“我们还同时改进了在极低温度和高磁场下的操作。
显微镜是通过测量超导体和拓扑半金属来展示的。结果显示了在1特斯拉磁场中9.5开尔文的第一个高分辨率sSNOM图像。
显微镜可以帮助开发具有更长相干时间的新量子比特 - 目前受到材料和界面缺陷的限制 - 并提高对拓扑材料基本性质的理解。
“重要的是成像到十亿分之一米，千万亿分之一秒和每秒数万亿个光波，以便能够选择更好的材料并指导量子和拓扑电路的制造，”王说。
尽管显微镜已经展示了破纪录的测量结果，但研究人员的目标是通过提高灵敏度并使SUV大小的显微镜更加用户友好来进一步改进仪器。
相关文章：“A sub-2 kelvin cryogenic magneto-terahertz scattering-type scanning near-field optical microscope (cm-THz-sSNOM),” by R. H. J. Kim, J.-M. Park, S. J. Haeuser, L. Luo, and J. Wang, Review of Scientific Instruments (2023). The article can be accessed at https://doi.org/10.1063/5.0130680.
文章展示了研究人员开发的一种多功能近场显微镜平台，可以在高磁场和液氦温度以下工作。研究人员使用该平台演示了极端太赫兹（THz）纳米显微镜的操作，并在低至1.8 K的温度、高达5 T的磁场和0–2 THz的操作下获得了第一个低温磁太赫兹时域纳米光谱/成像。
低温磁太赫兹散射型扫描近场光学显微镜（或cm THz-sSNOM）仪器由三个主要设备组成：（i）带有定制插件的5T分对磁低温恒温器，（ii）能够接受超快THz激发的定制sSNOM仪器，以及（iii）MHz重复率，用于宽带太赫兹脉冲产生和灵敏检测的飞秒激光放大器。应用cm THz sSNOM来获得超导体和拓扑半金属的原理测量证明。这些新能力为研究需要极端低温操作环境和/或在纳米空间、飞秒时间和太赫兹能量尺度上施加磁场的量子材料提供了突破。
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