功能量子材料中磁有序结构为探索基于自旋的物理现象提供了丰富的研究对象。尤其在量子材料中存在自旋和其他微观自由度之间发现可调谐耦合的情况时，就可以在自旋电子学、磁记忆和量子信息科学等诸多方面得到应用。
有鉴于此，近日，美国宾夕法尼亚州立大学Venkatraman Gopalan，Hari Padmanabhan和加州大学圣迭戈分校Richard D. Averitt（共同通讯作者）课题组合作提出了层状磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4层间磁-声子耦合的证据，文章以 “Interlayer magnetophononic coupling in MnBi2Te4”为题刊登在Nature communications上。本文使用了低温拉曼光谱及基于超全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCool的低温磁场超快光谱、瞬态对磁声耦合进行了深入研究。
层状反铁磁材料Mn(Bi,Sb)2nTe3n + 1家族是拓扑绝缘体中个由实验证实存在本征磁有序的体系。且层间磁序与拓扑密切相关，以往实验证明了量子反常霍尔与轴子绝缘子状态之间的切换，并实现了场驱动的Weyl半金属态。在这种背景下，层间交换和其他微观自由度之间新的高效耦合途径的研究可能为磁性和拓扑的动态操纵打开途径。该工作中采用了低温拉曼测量，基于密度泛函理论的计算等证明了磁性与声子存在耦合作用。随着磁场增加，在MnBi2Te4层间磁序由反铁磁过渡到铁磁后，观察到A1g拉曼峰出现了明显的减弱。
原文图1、MnBi2Te4磁性相变中的声子异常现象观测
此外作者使用了基于OptiCool的低温磁场超快光谱测量、瞬态对于磁声耦合的时域特征进行了研究。展示了通过超快的激发对MnBi2Te4进行调控的可能性。由于MnBi2Te4中磁性与拓扑结构之间的密切联系，磁-声子耦合的发现意味着向磁性拓扑相的调控迈出了重要一步。
原文图4、磁-声子耦合的超快特征研究
设备简介
OptiCool超全开放强磁场低温光学研究平台
OptiCool是Quantum Design于2018年2月推出的超全开放强磁场低温光学研究平台，创新特的设计方案确保样品可以处于光路的关键位置。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达±7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个顶部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔，高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。
OptiCool技术特点：
▪ 全干式系统：完全无液氦系统，脉管制冷机。
▪ 8个光学窗口：7个侧面窗口，1个顶部窗口
▪ 超大磁场：±7T
▪ 超低震动：<10 nm 峰-峰值
▪ 超大空间：Φ89 mm×84 mm
▪ 控温：1.7K~350K全温区控温
▪ 新型磁体：同时满足超大磁场均匀区、大数值孔径的要求
▪ 近工作距离选件：可选3 mm工作距离窗口，增透膜可选New
▪ 集成物镜：集成真空物镜、低温物镜、用户自定义物镜New
▪ 控制柜电隔离：为确保微弱信号样品的电学测量，避免信号微扰的可能性New
▪ 样品移动：可集成低温位移器New
▪ 光纤选件：系统可集成光纤通道New
▪ 气路选件：系统可以集成气路，便于使用气膜高压腔进行高压光学测量New
▪ 底部窗口选件：可实现样品腔底部窗口，方面进行纵向的透射光学实验New
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