一、應(yīng)用簡(jiǎn)介

霍爾效應(yīng)是指在垂直于移動(dòng)載流子和外部磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生電勢(shì)差的現(xiàn)象?；魻栃?yīng)廣泛應(yīng)用于材料表征和磁場(chǎng)感應(yīng)。

1. 材料表征

在材料表征應(yīng)用中，材料暴露在已知的磁場(chǎng) B 之中。同時(shí)，測(cè)量霍爾電壓?VXY、通過樣本的電壓?VXX?和通過材料的電流?IR。根據(jù)這些測(cè)量值，我們可以推斷材料性質(zhì)，例如載流子密度、載流子極性、載流子遷移率和材料的導(dǎo)電性。

這項(xiàng)技術(shù)還可用于測(cè)量量子霍爾效應(yīng)以及整數(shù)、分?jǐn)?shù)、自旋、逆自旋等多種衍生效應(yīng)，從而測(cè)量二維電子氣 (2DEG) 材料的新物理性質(zhì)。

2. 磁場(chǎng)感應(yīng)

當(dāng)材料性質(zhì)已知時(shí)，霍爾效應(yīng)可用于推斷多個(gè)數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)的外部磁場(chǎng)強(qiáng)度?？梢酝ㄟ^向樣本施加直流電壓來(lái)執(zhí)行測(cè)量，但是通常交流測(cè)量的速度更快、結(jié)果更準(zhǔn)確。

交流測(cè)量的其他優(yōu)點(diǎn)還包括精度和靈敏度更高，能夠在更大的測(cè)量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高信噪比 (SNR)。

二、測(cè)量方案

如圖所示，測(cè)量使用兩個(gè)鎖相放大器。鎖相放大器 2（圖中表示為 MFLI 2）提供恒定交流電壓以使樣本中產(chǎn)生電流。通常情況下，只需放置一個(gè)遠(yuǎn)大于電路中所有其他電阻之和的限流電阻 RL，即可假定電流在測(cè)量過程中保持恒定。測(cè)量通過樣本的電流，即可實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的測(cè)量。

鎖相放大器 1（圖中表示為 MFLI 1）測(cè)量通過樣本的電壓??VXX，同時(shí)鎖相放大器2測(cè)量霍爾電壓??VXY。若使用蘇黎世儀器公司的 MFLI 鎖相放大器，還可以通過電流輸入和 MF-MD 多解調(diào)器選件來(lái)測(cè)量電流。

為確保測(cè)量期間的數(shù)據(jù)與磁場(chǎng)對(duì)齊，鎖相放大器需要同步頻率、時(shí)鐘和時(shí)間戳。MFLI 的多設(shè)備同步 (MDS) 可以實(shí)現(xiàn)此功能。

三、選擇蘇黎世儀器的優(yōu)勢(shì)

• 您可以執(zhí)行快速、靈敏的交流測(cè)量以達(dá)到高信噪比 (SNR)。

• 為提高精準(zhǔn)度，可添加另一臺(tái)儀器來(lái)專門測(cè)量電流。

• 支持精確的儀器同步和數(shù)據(jù)對(duì)齊（利用 MDS 功能），并可在同一用戶界面中顯示，因此便于測(cè)量采集和數(shù)據(jù)分析。

四、鎖相放大器的基本工作原理