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應(yīng)用指南-MFLI鎖相放大器在霍爾效應(yīng)測(cè)量的應(yīng)用

2022-07-281662次

鎖相放大器，是一種可以從干擾極大的環(huán)境中對(duì)特定頻率的電學(xué)信號(hào)進(jìn)行提取，還能進(jìn)一步聚焦和鎖定特定相位上步調(diào)一致成分的電子學(xué)儀器，從而濾除噪聲，達(dá)到微弱信號(hào)檢測(cè)的目的。鎖相放大器的發(fā)明極大地推動(dòng)了人類(lèi)對(duì)于微弱信號(hào)的探測(cè)，比如搭配了鎖相放大器的原子力顯微鏡，讓人們可以觀測(cè)并且操縱原子；一些電子電工的儀表、對(duì)人體健康的監(jiān)測(cè)也能用到鎖相放大器，這樣我們就能更早的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)預(yù)防；在未來(lái)的跨星際探索中，高精度鎖相放大器也可用來(lái)開(kāi)展引力波探測(cè)和空間定位。瑞士蘇黎世儀器 (Zurich Instruments) 的 MFLI 是一款數(shù)字鎖相放大器，為中頻和低頻范圍的測(cè)量設(shè)定了新標(biāo)桿。MFLI 提供兩種版本，適用于“直流至 500 kHz”和“直流至 5 MHz”的頻率范圍（并可在有需要時(shí)從500kHz升級(jí)到5MHz）。

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瑞士蘇黎世儀器 (Zurich Instruments) 的 MFLI 是一款數(shù)字鎖相放大器，為中頻和低頻范圍的測(cè)量設(shè)定了新標(biāo)桿。MFLI 提供兩種版本，適用于“直流至 500 kHz”和“直流至 5 MHz”的頻率范圍（并可在有需要時(shí)從500kHz升級(jí)到5MHz）。

MFLI數(shù)字鎖相放大器應(yīng)用-霍爾效應(yīng)測(cè)量

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。霍爾效應(yīng)廣泛應(yīng)用于材料表征和磁場(chǎng)感應(yīng)。

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（見(jiàn)下圖）、通過(guò)樣本的電壓 VXX 和通過(guò)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)。

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。可以通過(guò)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)。

測(cè)量方案

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如圖所示，測(cè)量使用兩個(gè)鎖相放大器。鎖相放大器 1（圖中表示為 MFLI 1）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(guò)程中保持恒定。測(cè)量通過(guò)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 測(cè)量霍爾電壓 VXY，而鎖相放大器 2（圖中表示為 MFLI 2）測(cè)量通過(guò)樣本的電壓 VXX。若使用蘇黎世儀器公司的 MFLI 鎖相放大器，還可以通過(guò)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。

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