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客户访谈:Philip Moll

您好,Philip。请您介绍一下您团队目前从事的研究。

我与我的团队研究电子特性不同寻常的中尺度材料。通过从新发现的材料中构建电路,我们可以在发现材料后测试其基本的物理性质和测试其在芯片环境中的性能

在研究固体化学物理学的普朗克研究所,我的团队充分运用化学和固态物理领域丰富的跨学科专业知识,推动这项研究顺利进行。我们主要研究非传统高温超导体、强相关金属以及拓扑半金属等材料。我们使用强磁场研究材料,主要是为了费米量子振荡和测试超导器件的临界场强。

您在德累斯顿研究所使用 HF2LI 和 MFLI 锁相放大器,部分仪器配有选件。它们如何与您的实验装置相匹配?

典型测量涉及在氦低温箱和强磁场中进行电阻测量。目前,最强力的磁铁能够提供 16 T 的力,但我们正在为提供 20 T 力的磁铁建立一种新装置,目的是研究量子极限中的狄拉克和外尔半金属。对于上述测量,MFLI 是主力锁相放大器。每天,我们通过这款仪器对小信号进行高精度低噪声测量。

典型设备具有多个电气端子,在向样品施加偏置电流的过程中,对这些端子进行同步测量。当我们聚焦高导电性能极强的材料时,主要关注 nV 级信号。我们使用共同触发的多部 MFLI 装置同时测量不同端子。在这些项目中,我们主要关注直流响应并使用低频(小于 200 Hz)。HF2LI 用于在更高频率下进行谐振实验。

那么,我们的“锁相放大器”具备哪些优势?

我们青睐 HF2LI 主要是因为其锁相回路稳定,这是我在加州大学伯克利分校时的发现。我们使用该仪器跟踪谐振电路的快速变化,仪器中基于 FPGA 的 PLL 选件可以方便快捷地完成这项任务。最终目标是跟踪脉冲磁场中谐振电路的频率变化。这些强大的磁铁可以在数毫秒达到100 T 。利用 FPGA 的快速逻辑响应,我们计划跟踪脉冲持续时间内的频率变化。HF2LI 在高频应用中的性能优异,但我们的工作主要是在低频条件下精确测量弱信号。MFLI 的发展令我欣慰,它将相同的电路设计扩展至低频条件下的微小信号。当首批仪器刚刚上市,我便发出了订单。这款仪器的低噪声输入端和软件灵活性令我耳目一新。作为经常使用其他低位数 ADC 锁相仪器用户,我从未在使用这款时观察到数字噪声,这一点我非常欣赏。

但实话实说,我最欣赏的一点是这些锁相放大器未采用任何前面板显示屏。起初,我对所有软件解决方案持怀疑态度,但现在所有疑虑已经烟消云散。对锁相放大器来说,最危险的它是个输入无用输出无用的盒子。没有结合示波器的锁相必定造成严重问题, 因为你需要检查时域信息来判断信号是否真正可以有效解调。但是,天色已晚,你要连夜做实验, 你真想去把示波器搬过来?因此,许多学生在实验室的实际操作中通常跳过这一步。如果使用 MFLI,这种情况便可以避免,因为你只需要打开浏览器进行设置,就可以通过数字示波器立刻看到输入信号。这样的设计显著降低了测量错误,因为样品的问题, 比如接触点非线性或者接地漏电可以被及时发现。

触点非线性或接地泄漏等样本问题可以立即查明,人工测量的工作量显著下降。

未来几年,您的研究领域将发生怎样的变化,那些新的进展我们需要关注?

借助为硅技术开发的更多微型和纳米技术工具,我希望深入研究新材料在设备中的集成。对于电子关联性极强的非传统金属,仍有很多未知需要探索。大型干稀释制冷机的开发正在改变这种模式,即要求亚开尔文温度的材料只是学术层面的研究,永远无法付诸商业用途。量子信息技术的问世极大推动了这项技术的发展。在未来数十年中,稀释制冷机可能成为 Google 和其他公司计算机集群的标准工具。

虽然这些应用目前大多采用传统超导体材料,但毫不影响我们构思基于超导体等非传统材料的新应用, 比如重费米子超导体。使用此类材料制造实际设备并测试其性能可能产生一些新奇的技术。应用量子材料的一大普遍发展趋势是设备愈发复杂。涉及到电子实验时,接触端子的数量有所增加。市场中存在多种吸引用户的解决方案,支持同时测量多条通道。我希望 MFLI 未来能够推出多通道型号。

您在苏黎世开启研究生涯,然后移居美国,随后重返欧洲。您认为瑞士、加利福尼亚和德国的科学环境存在哪些差异?对于人生规划相似的人士,您有哪些建议?

随着全球科学界不断加强沟通协作,全世界的关注点十分相似。然而,研究的方法和文化仍然非常多元化。我在所有工作单位都度过了愉快的时光。我始终博采众长,积极学习不同地方的优势。在苏黎世联邦理工学院,我学习了很多关于如何精心设计研究,如何与近在咫尺的顶尖专家建立合作项目。这所学院研究设施完备。我能够很方便地在电子显微镜中心 SCOPE-M 使用精心维护的微观结构设备从事特殊研究。我认为,投资一流基础设施、吸引优秀科研人员的战略是瑞士成为科学中心的核心优势之一。

赴伯克利分校任职是很有意思的转变。我确切地发现,一直以来关于美国科研方法充满活力的说法是非常正确的。这座校园朝气蓬勃,充满活力。教师、研究人员与学生参加丰富的活动并且频繁互动。我在这停留的时间较短,将大胆的设想付诸实践,从未惧怕失败是我学到并带到我的团队的精神之一

加入普朗克研究所是另一次 180°的转变。这是我首次作为独立研究员工作。当然,我必须学会领导一支团队,还要懂得“置身事外”,让他人从事我喜欢的工作,例如操控实验装置。幸运的是,我成功组建了一支优秀的博士后和学生团队。研究所里有很好的同事们,这里是专注于科研的理想场所。

最后,在实验室外,您如何度过业余时间?

哈哈,这是一道好问题。在迈入大学校门前,我总是充满好奇,希望探索激动人心的新事物。虽然可能带来麻烦,但我非常喜欢在实验室研究各种创意。在业余时间,我喜欢尝试更加大胆的设想。尽管多数设想并未成真,我依然无法停止尝试新事物的脚步。有时,一些设想果真变为现实。我的大部分业余时光都留在了实验室,我认识研究所的所有夜班警卫。离开实验室,结束工作后,我喜欢与我的妻子和朋友共度时光。我平日喜欢烹饪,夏天喜欢泛舟旅行和潜水,冬天喜欢滑雪。

Philip Moll

Philip Moll氏は、ドイツドレスデンにあるマックスプランク固体化学物理学研究でPhysics of Microstructured Quantum Matter(MPRG)グループを率いています。

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