Liu Group
Cryogenic advanced transport study lab

实验技术是物理研究的基石,新的测量手段和装置往往会带来新的物理发现。我们课题组科研立足于独创的先进测量方法研究物理,坚持不懈的自主研发仪器装置,开发出多种可以用于极低温量子测量的实验研究方法。我们利用这些实验手段突破现有极限,在极低温环境下的电容、表面声波、磁光克尔等研究方向发现了多项新的物理现象。

1. 极低温环境中的量子电容测量

电容测量是物理研究中一种极为实用的表征材料和器件特性的测量技术。在量子系统中,宏观量子态的形成会引起载流子态密度和化学势的变化。这些载流子的量子效应所引起的等效电容称为量子电容。我们用该方法系统化、定量化的研究了Wigner晶体的动态响应。在外加电场的作用下,周期排布的电子的集体运动产生极化电荷,对外表现出了电容性的响应。


2. 极低温环境中的磁光Kerr测量

当线偏光垂直入射到样品表面时,反射光主轴方向相对于入射偏振面转过一定角度的现象就是磁光克尔效应。该方法具有直接,非接触,高灵敏度等等优点,适用于研究材料中的电子自旋极化等时间反演对称性破缺现象。根据自身优势和中心的研究需要,我们开发出一套基于光纤的极低温磁光克尔效应测量装置,该装置可以实现0.2 urad的测量精度,能够在50 mK进行5 mm空间分辨的扫描成像。

3. 极低温环境中的表面光学声波波速测量
表面声波是一种振幅随深度指数衰减的弹性波。在GaAs等压电效应的材料中,传播的表面声波会产生周期性的电场。二维体系中的电子会被该电场驱动从而聚集在这些势阱中。我们在实验中使用极低的声波功率并取得极高的分辨率,此时声波在电子系统中诱导的扰动已经显著小于输运电流的干扰和温度涨落。我们在实验中发现声速响应和体系中的电流密度存在线性依赖,表明电子系统在承载电流时变得更加的不可压缩。我们的发现对传统理论模型提出了挑战,填补了对于载流子输运机制方面的认识空白,有望推动相关研究的进一步发展。
4. 高分辨率的交流热膨胀测量
我们利用全光纤迈克尔逊干涉仪搭建了形变测量装置,实现了高分辨率的热膨胀系数、压电系数及磁致伸缩等物理量的测量。该装置实现亚pm量级形变分辨率和mK量级的温度分辨率;保留了交流形变相对于交流加热的相位延迟,可用于物性的动态性质的研究。该装置达到甚至超越传统的电容测量装置的性能,其非接触式测量的特性放宽了对样品的约束和限制,同时使得样品的同步调控和测量成为可能。我们研究BaFe2As2 的磁相变,发现了磁相变温度附近的“形变–温度”回滞,该回滞宽度与交流加热速率和样品厚度有关,表征了材料磁相变的相边界传播速度。