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霍尔效应测量

相关产品: MFLI

应用简介

霍尔效应是指在垂直于移动载流子和外部磁场的方向上产生电势差的现象。霍尔效应广泛应用于材料表征和磁场感应。

材料表征

在材料表征应用中,材料暴露在已知的磁场 B 之中。同时,测量霍尔电压 VXY(见下图)、通过样本的电压 VXX 和通过材料的电流 IR。根据这些测量值,我们可以推断材料性质,例如载流子密度、载流子极性、载流子迁移率和材料的导电性。

这项技术还可用于测量量子霍尔效应以及整数、分数、自旋、逆自旋等多种衍生效应,从而测量二维电子气 (2DEG) 材料的新物理性质。

磁场感应

当材料性质已知时,霍尔效应可用于推断多个数量级范围内的外部磁场强度。可以通过向样本施加直流电压来执行测量,但是通常交流测量的速度更快、结果更准确。交流测量的其他优点还包括精度和灵敏度更高,能够在更大的测量范围内实现更高信噪比 (SNR)。

测量方案

Hall effect measurement setup using two Zurich Instruments MFLI Lock-in Amplifiers

如图所示,测量使用两个锁相放大器。锁相放大器 1(图中表示为 MFLI 1)提供恒定交流电压以使样本中产生电流。通常情况下,只需放置一个远大于电路中所有其他电阻之和的限流电阻 RL,即可假定电流在测量过程中保持恒定。测量通过样本的电流,即可实现更精准的测量。锁相放大器 1 测量霍尔电压 VXY,而锁相放大器 2(图中表示为 MFLI 2)测量通过样本的电压 VXX。若使用苏黎世仪器公司的 MFLI 锁相放大器,还可以通过电流输入和 MF-MD 多解调器选件来测量电流。

为确保测量期间的数据与磁场对齐,锁相放大器需要同步频率、时钟和时间戳。 MFLI 的多设备同步 (MDS) 可以实现此功能。

选择苏黎世仪器的优势

  • 您可以执行快速、灵敏的交流测量以达到高信噪比 (SNR)。
  • 为提高精准度,可添加另一台仪器来专门测量电流。
  • 我们的仪器支持精确的仪器同步和数据对齐(利用 MDS 功能),并可在同一用户界面中显示,因此便于测量采集和数据分析。

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视频

锁相放大器的基本工作原理

Principles of Lock-in Detection

Application Notes

Zurich Instruments

Hall Effect for Sensing and Materials Characterization

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